СПОСОБ ВОЗВЕДЕНИЯ ПЛОТИНЫ Российский патент 2008 года по МПК E02B7/00 

Изобретение относится к области строительства, в частности к гидротехническому строительству, и может быть использовано при строительстве плотин из жесткой малоцементной бетонной смеси с противофильтрационной диафрагмой на битумной основе.

Известны способы возведения плотины, включающие послойную укладку (отсыпку) верховой и низовой частей плотины и устройство между ними противофильтрационного элемента - диафрагмы на битумной основе /Моисеев С.Н. Каменно-земляные плотины. Основы проектирования и строительства/ С.Н.Моисеев, И.С.Моисеев. - М.: Энергия, 1977. - С.102-104, рис.5-24, С.243-245, С.245 рис.11-10 / [1]. В известных способах верховая и низовая части плотины послойно отсыпаются из несвязного заполнителя крупных фракций, имеющих размеры более 50-70 мм. В качестве этих фракций используется крупный камень, каменная наброска, крупный щебень или гравий. Противофильтрационная диафрагма на битумной основе укладывается также послойно между верховой и низовой частями плотины путем вдавливания в слой мелкозернистого асфальтобетона, включающего смесь битума и песка, крупного камня или щебня крупностью 20-30 мм, являющегося скелетом диафрагмы. Вдавливание в предварительно уложенный песчаный асфальтобетон крупного камня производится тяжелыми вибраторами.

Такие известные способы не обеспечивают высокую однородность и качество диафрагмы, а следовательно, и надежность ее работы. Кроме этого для реализации способов необходимо тяжелое дорогостоящее оборудование - вибраторы, эксплуатация которых сложна и дорога, поэтому недостатками таких способов являются также их значительная трудоемкость и материалоемкость.

Известен также способ возведения плотины, включающий послойную укладку (отсыпку) и уплотнение верховой и низовой частей плотины и устройство между ними противофильтрационного элемента - диафрагмы на битумной основе / А.с.1640263 СССР, МКИ Е02В 3/16. Способ возведения противофильтрационной диафрагмы грунтовой плотины / А.А.Равкин. -№4612461/15; заявл. 02.12.1988; опубл. 07.04.1991, Бюл. №13 / [2]. Плотина возводится из крупного камня, каменной наброски, крупного щебня или гравия. В этом известном способе на поверхности наращиваемой диафрагмы на битумной основе перед возведением ее очередного слоя устанавливают пуансоны и металлические щиты, играющие роль опалубки и формирующие диафрагму. В эту опалубку и заливают предварительно разогретый состав на битумной основе, выполняющий функцию диафрагмы.

Недостатки данного способа - его нетехнологичность и высокая материалоемкость. Эти недостатки обусловлены необходимостью использования опалубки для устройства диафрагмы, а также применения подъемных механизмов - подъемных кранов для извлечения пуансонов и металлических щитов и переноса их на новую позицию. Недостатком этого способа остается также низкая надежность работы диафрагмы из-за опасности ее разрушения в связи с возможностью смещения и прогиба диафрагмы вследствие деформации низовой части плотины. Эта возможность и опасность может возникнуть из-за того, что низовая часть плотины выполняется из несвязного заполнителя (крупного камня, каменной наброски, крупного щебня или гравия), который с течением времени может уплотниться и (или) просесть.

Также известен способ, исключающий послойную укладку и уплотнение верховой и низовой частей плотины из жесткой малоцементной смеси, искусственное охлаждение бетонного крупнопористого фильтрующего массива путем пропуска гравитацией охлаждающей воды через поры бетонного массива и устройство в верховой части плотины противофильтрационного элемента /А.с. 1728346 СССР, МКИ Е02В 7/10. Способ возведения массивной бетонной плотины / С.В.Осипов, В.П.Шкарин, В.А.Рыжов. - №4771811/15; заявл. 20.12.1989; опубл. 23.04.1992, Бюл.№15/ [3].

В этом способе верховая часть плотины совмещена с противофильтрационным элементом, в качестве которого выступает непосредственно сам бетонный массив из крупнопористого бетона после его цементации. При этом водонепроницаемый элемент создается после завершения строительства плотины на полную высоту путем пробуривания скважин из галерей, выполненных в верховой (напорной) части плотины, через которые затем производят закачивание (нагнетание) противофильтрационного материала. Роль скелета противофильтрационного элемента в этом случае выполняет крупный заполнитель бетонного массива верховой (напорной) части плотины.

Недостатком этого известного способа является его нетехнологичность и высокая материалоемоксть и стоимость работ. Нетехнологичность обусловлена необходимостью пробуривания скважин в очень стесненных условиях - из галерей. Галереи расположены на разной высоте плотины, и оборудование для закачивания необходимо перемещать как по длине самой галереи, так и по высоте плотины из одной галереи в другую. Высокая материалоемкость и стоимость работ по устройству противофильтрационного элемента объясняется тем, что для закачивания (нагнетания) противофильтрационного материала требуется дорогостоящее оборудование и большие затраты высококвалифицированного труда.

Известен также способ возведения плотины, включающий послойную укладку, разравнивание и уплотнение верховой и низовой частей плотины из жесткой малоцементной смеси и устройство между ними противофильтрационного элемента - диафрагмы на битумной основе /А.с. 1528843 СССР, МКИ Е02В 3/16, 7/00. Бетонная плотина и способ ее возведения/ С.А.Тугужеков - №4401683/23-15; заявл. 09.03.1988; опубл. 15.12.1989, Бюл. №46/ [4]. Принят за прототип.

В данном способе укладку, разравнивание и уплотнение жесткой малоцементной бетонной смеси выполняют захватками вдоль оси плотины. Между верховой и низовой частями плотины в каждом слое бетонирования на каждой захватке укладывают водонепроницаемый материал. Цельный по всему фронту водонепроницаемый материал может укладываться различными способами. При этом противофильтрационный элемент - диафрагма на битумной основе формируется либо зигзагообразной либо вертикальной. При устройстве зигзагообразной диафрагмы противофильтрационный элемент укладывается на стыке верховой и низовой частей плотины между захватками по естественному откосу укладываемой бетонной смеси, соответствующему углу ее внутреннего трения. Для устройства вертикальной диафрагмы между верховой и низовой частями плотины устраивается вертикальный шов, который затем заполняется водонепроницаемым материалом - например, битумом.

Недостаток этого известного способа заключается в его значительной материалоемкости и больших затратах труда. Эти недостатки обусловлены тем, что при устройстве зигзагообразной диафрагмы происходит перерасход дорогостоящего противофильтрационного материала из-за его укладки не вертикально, а зигзагообразно по естественному откосу бетонной смеси. При этом укладка перерасходуемого материала обуславливает дополнительные расходы живого труда. Если же устраивается вертикальная диафрагма, то требуется предварительная установка опалубки для образования вертикального шва, который впоследствии заполняется водонепроницаемым материалом. Устройство опалубки также требует дополнительного расходования материалов и затрат труда. Все это повысит стоимость работ при возведении плотины.

Сущность изобретения - снижение затрат труда, материалов и стоимости работ при возведении плотины, повышение технологичности строительных работ.

Технический результат - повышение надежности и эффективности работы противофильтрационного элемента на битумной основе.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе возведения плотины, включающем послойную укладку, разравнивание и уплотнение массива плотины из крупнопористой жесткой малоцементной бетонной смеси захватками вдоль оси в верховой и низовой ее частях и устройство между ними противофильтрационного элемента - диафрагмы на битумной основе, особенностью является то, что массив плотины из крупнопористой жесткой малоцементной бетонной смеси искусственно охлаждают путем пропуска гравитацией охлаждающей воды через поры этого бетонного массива, а для устройства диафрагмы в теле возводимой плотины формируют среднюю зону между верховой и низовой частями плотины, причем крупнопористую жесткую малоцементную бетонную смесь укладывают, разравнивают и уплотняют ярусами и слоями: сначала - ярусами в средней зоне между верховой и низовой частями плотины шириной, обеспечивающей проезд по этой зоне автомобильного транспорта, и толщиной, обеспечивающей проникновение по всей глубине яруса разогретого битума, в количестве до 2-4 ярусов, которые формируют слой этой средней зоны уступами в стороны верховой и низовой частей плотины, причем после укладки каждого такого яруса крупнопористую жесткую малоцементную бетонную смесь выдерживают до набора прочности, после чего в область устраиваемой диафрагмы посредством битумовоза доставляют предварительно разогретый битум и выливают непосредственно на поверхность крупнопористого бетона вдоль оси плотины на всю длину захватки в объеме, обеспечивающем его проникновение через поры бетонного массива гравитацией до ранее уложенного битумного слоя, затвердевшего в порах массива плотины, а затем, после завершения формирования средней зоны плотины из уложенных ярусов на общую толщину, соответствующую толщине слоя, крупнопористую жесткую малоцементную бетонную смесь укладывают, разравнивают и уплотняют в верховой и низовой частях плотины слоем такой же толщины.

Укладка крупнопористой жесткой малоцементной бетонной смеси ведется по дорожной технологии /Эффективность идеализации конструктивно-технологических решений бетонных гидротехнических сооружений / Шабанов В.А., Бальзанников М.И., Осипов С.В. и др. // Гидротехника и гидроэнергетика: проблемы строительства, эксплуатации, экологии и подготовки специалистов: Материалы междунар. конф. - Самара - Волгоград - Самара, 2002. - С.201-207 / [5].

Сущность способа поясняется чертежами. На фиг.1 изображен поперечный разрез бетонной плотины, где: 1 - верховая часть плотины, 2 - низовая часть плотины, 3 - крупнопористая малоцементная бетонная смесь, 4 - охлаждающая вода, 5 - диафрагма, 6 - средняя зона, 8 - ось плотины, 9 - ярус, 10 - слой.

На фиг.2 - план-разрез захватки бетонной плотины, где: 1 - верховая часть плотины, 2 - низовая часть плотины, 5 - диафрагма, 7 - захватка, 8 - ось плотины, 9 - ярус.

На фиг.3, а, б, в, г - схемы и последовательность укладки бетонной смеси в средней зоне плотины, где: 3 - крупнопористая малоцементная бетонная смесь, 6 - средняя зона, 9 - ярус, 10 - слой, 11 - толщина яруса, 12 - толщина слоя, 13 - уступ верховой зоны, 14 - уступ низовой зоны, 15 - разогретый битум.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата.

Способ возведения плотины включает (фиг.1): послойную укладку, разравнивание и уплотнение верховой 1 и низовой 2 частей плотины из крупнопористой жесткой малоцементной бетонной смеси 3, которую искусственно охлаждают путем пропуска гравитацией охлаждающей воды 4 через поры бетонного массива и устраивают между верховой 1 и низовой 2 частями плотины противофильтрационный элемент - диафрагму 5 на битумной основе. Для устройства диафрагмы 5 в теле возводимой плотины формируют среднюю зону 6 между верховой 1 и низовой 2 частями плотины, а крупнопористую жесткую малоцементную бетонную смесь 3 укладывают, разравнивают и уплотняют захватками 7 (фиг.2) вдоль оси плотины 8 ярусами 9 и слоями 10. При этом сначала бетонную смесь 3 укладывают, разравнивают и уплотняют (фиг.3, а, б, в) ярусами 9 в средней зоне 6 между верховой 1 и низовой 2 частями плотины шириной, которая обеспечит проезд по этой зоне автомобильного транспорта (2-4 м), и толщиной, обеспечивающей проникновение по всей глубине ярусов 9 разогретого битума, например, 0.2-0.4 м. Ярусов 9 может быть несколько. Общее количество ярусов определяется их толщиной 11 и толщиной 12 слоя 10. Эти ярусы формируют слой средней зоны 6 уступами 13 и 14 соответственно в стороны верховой 1 и низовой 2 частей плотины.

После укладки каждого такого яруса 9 крупнопористую жесткую малоцементную смесь 3 выдерживают до набора прочности, после чего в область устраиваемой диафрагмы 5 посредством битумовоза (например, на автомобильной основе) доставляют предварительно разогретый битум 15 и выливают непосредственно на поверхность крупнопористого бетона яруса 9 вдоль оси плотины 8 на всю длину захватки 7. Разогретый битум 15 пропускается через поры бетонного массива ярусов 9 гравитацией. Объем выливаемого битума должен быть таким, чтобы обеспечивалось его проникновение через поры бетонного массива до ранее уложенного битумного слоя и затвердевшего в порах бетонного массива ранее уложенного яруса 9. После завершения формирования средней зоны 6 плотины из уложенных ярусов 9 на общую толщину, соответствующую толщине 12 слоя 10, крупнопористую жесткую малоцементную бетонную смесь 3 укладывают, разравнивают и уплотняют в верховой 1 и низовой 2 частях плотины слоем 10 такой же толщины.

После завершения работ по формированию одного очередного слоя средней зоны 6 с противофильтрационной диафрагмой 5 и формированию слоев в верховой 1 и низовой 2 частях плотины, а также выдерживания уложенной бетонной смеси до набора прочности, переходят к аналогичным работам следующего слоя, располагаемого выше (фиг.3,г) и т.д.

Таким образом, противофильтрационный элемент - диафрагма 5 формируется на битумной основе 15 в средней зоне 6 плотины между верховой 1 и низовой 2 частями плотины на всю высоту плотины, причем формируется либо с опережением не более чем на высоту 12 слоя 10 бетонной смеси, укладываемой в верховой 1 и низовой 2 частях плотины, либо одновременно с укладыванием бетонной смеси в верховую 1 и (или) низовую 2 части плотины. Такая диафрагма 5 образуется из прочного скелета - крупного заполнителя (камня или щебня) затвердевшей крупнопористой жесткой малоцементной бетонной смеси 3 и затвердевшего битума 15, заполнившего поры слоев уложенного бетонного массива.

Таким образом, предлагаемый к реализации способ позволит при возведении бетонной плотины снизить затраты труда и уменьшить объем расходуемых материалов за счет исключения работ по устройству опалубки для формирования вертикальной противофильтрационной диафрагмы в теле бетонной плотины из крупнопористого бетона, и, тем самым, снизить стоимость работ при возведении плотины. Кроме того, способ весьма технологичен, с высокой степенью механизации, возможно использование прогрессивной дорожной технологии, сведены до минимума взаимозависимые во времени работы, обеспечивает возможность одновременного выполнения работ на разных участках. Это снижает затраты по возведению плотины и сокращает срок выполнения строительных работ.

Способ обеспечивает формирование противофильтрационного элемента в бетонной плотине из прочного скелета и затвердевшего битума, заполнившего поры в уложенном бетоне, а следовательно, обеспечивает высокую надежность эксплуатации диафрагмы и всей плотины в целом. Качественное заполнение горячим битумом всех пор бетонного массива обеспечит высокую эффективность работы противофильтрационного элемента.

В результате использования предложенного способа только за счет снижения затрат труда и уменьшения объема расходуемых материалов из-за исключения работ по устройству опалубки для формирования вертикальной противофильтрационной диафрагмы в теле бетонной плотины из крупнопористого бетона достигается снижение стоимости работ при устройстве противофильтрационной диафрагмы на 20-30%. Дополнительный экономический эффект может быть получен за счет уменьшения затрат на проведение ремонтных работ по противофильтрационной диафрагме и низовой части плотины, а также увеличения межремонтных периодов при их эксплуатации.

Источники информации

1. Моисеев С.Н. Каменно-земляные плотины. Основы проектирования и строительства / С.Н.Моисеев, И.С.Моисеев. - М.: Энергия, 1977. - С.102-104, рис.5-24, С.243-245, С.245, рис.11-10.

2. А.с. 1640263 СССР, МКИ Е02В 3/16. Способ возведения противофильтрационной диафрагмы грунтовой плотины / А.А.Равкин. - №4612461/15; заявл. 02.12.1988; опубл. 07.04.1991, Бюл. №13.

3. А.с. 1728346 СССР, МКИ Е02В 7/10. Способ возведения массивной бетонной плотины / С.В.Осипов, В.П.Шкарин, В.А.Рыжов. - №4771811/15; заявл. 20.12.1989; опубл. 23.04.1992, Бюл. №15.

4. А.с. 1528843 СССР, МКИ Е02В 3/16, 7/00. Бетонная плотина и способ ее возведения / С.А.Тугужеков - №4401683/23-15; заявл. 09.03.1988; опубл. 15.12.1989, Бюл. №46.

5. Эффективность идеализации конструктивно-технологических решений бетонных гидротехнических сооружений / Шабанов В.А., Бальзанников М.И., Осипов С.В. и др. // Гидротехника и гидроэнергетика: проблемы строительства, эксплуатации, экологии и подготовки специалистов: Материалы междунар. конф. - Самара - Волгоград - Самара, 2002. - С.201-207.

Изобретение относится к области строительства, а именно к гидротехническому строительству. Способ возведения плотины включает послойную укладку, разравнивание и уплотнение массива плотины из крупнопористой жесткой малоцементной бетонной смеси захватками вдоль оси в верховой и низовой ее частях и устройство между ними противофильтрационного элемента - диафрагмы на битумной основе. Массив плотины из крупнопористой жесткой малоцементной бетонной смеси искусственно охлаждают путем пропуска гравитацией охлаждающей воды через поры этого бетонного массива. Для устройства диафрагмы в теле возводимой плотины формируют среднюю зону между верховой и низовой частями плотины, причем крупнопористую жесткую малоцементную бетонную смесь укладывают, разравнивают и уплотняют ярусами и слоями: сначала - ярусами в средней зоне между верховой и низовой частями плотины шириной, обеспечивающей проезд по этой зоне автомобильного транспорта, и толщиной, обеспечивающей проникновение по всей глубине яруса разогретого битума, в количестве до 2-4 ярусов, которые формируют слой этой средней зоны уступами в стороны верховой и низовой частей плотины. После укладки каждого такого яруса крупнопористую жесткую малоцементную бетонную смесь выдерживают до набора прочности, после чего в область устраиваемой диафрагмы посредством битумовоза доставляют предварительно разогретый битум и выливают непосредственно на поверхность крупнопористого бетона вдоль оси плотины на всю длину захватки в объеме, обеспечивающем его проникновение через поры бетонного массива гравитацией до ранее уложенного битумного слоя, затвердевшего в порах массива плотины. После завершения формирования средней зоны плотины из уложенных ярусов на общую толщину, соответствующую толщине слоя, крупнопористую жесткую малоцементную бетонную смесь укладывают, разравнивают и уплотняют в верховой и низовой частях плотины слоем такой же толщины. Техническим результатом является повышение надежности и эффективности работы противофильтрационного элемента на битумной основе. 3 ил.

Способ возведения плотины, включающий послойную укладку, разравнивание и уплотнение массива плотины из крупнопористой жесткой малоцементной бетонной смеси захватками вдоль оси в верховой и низовой ее частях, и устройство между ними противофильтрационного элемента - диафрагмы на битумной основе, отличающийся тем, что массив плотины из крупнопористой жесткой малоцементной бетонной смеси искусственно охлаждают путем пропуска гравитацией охлаждающей воды через поры этого бетонного массива, а для устройства диафрагмы в теле возводимой плотины формируют среднюю зону между верховой и низовой частями плотины, причем крупнопористую жесткую малоцементную бетонную смесь укладывают, разравнивают и уплотняют ярусами и слоями: сначала - ярусами в средней зоне между верховой и низовой частями плотины шириной, обеспечивающей проезд по этой зоне автомобильного транспорта, и толщиной, обеспечивающей проникновение по всей глубине яруса разогретого битума, в количестве до 2-4 ярусов, которые формируют слой этой средней зоны уступами в стороны верховой и низовой частей плотины, причем после укладки каждого такого яруса крупнопористую жесткую малоцементную бетонную смесь выдерживают до набора прочности, после чего в область устраиваемой диафрагмы посредством битумовоза доставляют предварительно разогретый битум и выливают непосредственно на поверхность крупнопористого бетона вдоль оси плотины на всю длину захватки в объеме, обеспечивающем его проникновение через поры бетонного массива гравитацией до ранее уложенного битумного слоя, затвердевшего в порах массива плотины, а затем после завершения формирования средней зоны плотины из уложенных ярусов на общую толщину, соответствующую толщине слоя, крупнопористую жесткую малоцементную бетонную смесь укладывают, разравнивают и уплотняют в верховой и низовой частях плотины слоем такой же толщины.