Способ усиления и повышения несущей способности и сейсмостойкости напорной стены руслового здания ГЭС Российский патент 2025 года по МПК E02B9/00 E02B1/00 

Изобретение относится к области строительства, а именно к усилению железобетонных строительных конструкций длительно эксплуатируемого руслового здания ГЭС, и может быть использовано для усиления и повышения их несущей способности и сейсмостойкости.

Известен способ усиления и повышения несущей способности причальных сооружений (патент RU 2176006, МПК Е02В 1/00, Е02В 3/06), заключающийся в том, что при усилении причальных сооружений, имеющих заанкеренную лицевую стенку, путем установки дополнительных анкерных тяг и последующего их натяжения, дополнительные анкерные тяги устанавливают горизонтально и/или наклонно с их закреплением к лицевой стенке причального сооружения в ее подводной части через распределительные пояса при использовании в зависимости от расположения дополнительных анкерных тяг и типа причального сооружения одной или нескольких герметично соединенных с лицевой стенкой причального сооружения камер. При этом из герметично соединенной с лицевой стенкой причального сооружения камеры через выполненные в лицевой стенке причального сооружения отверстия производят бурение горизонтальных и/или наклонных скважин, протаскивают в пробуренные скважины гибкие обсадные трубы, затягивают в обсадные трубы дополнительные анкерные тяги, затем из герметично соединенной с лицевой стенкой причального сооружения камеры монтируют распределительные пояса, после этого осуществляют натяжение дополнительных анкерных тяг.

Недостатками способа являются сложность монтажа усиливающих конструкций и высокая стоимость работ, а также дополнительное снижение несущей способности лицевой стенки за счет пробуривания отверстий под новые анкерные тяги, создание непроектной локальной нагрузки от натяжения.

Известен способ крепления каменных стен здания (патент RU 2578133, МПК E04G 23/00), заключающийся в том, что каменные стены существующего здания укреплены балочным напряженным поясом, который содержит продольные и поперечные тяжи в виде стальных прогонов и приспособление для их сочленения и натяжения, состоящего из анкерного уголка и крепежных болтов с натяжными гайками.

Недостатками данного решения являются высокая стоимость материалов и работ, а также трудоемкость выполнения работ по свариванию металлических каркасов, и их натяжению.

Известно устройство усиления стен зданий (патент RU 2465420, МПК E04G 23/02), содержащее установленные в штрабах стен горизонтальные элементы, упоры, установленные по крайней мере с одной стороны от реконструируемой стены, с механическими резьбовыми натяжными устройствами, буроинъекционные сваи, снабженные шарнирами опорные пластины, закрепленные в грунте, и заглубленной в грунт наклонной металлической трубой.

Недостатками данного решения являются сложность монтажа усиливающих конструкций и высокая стоимость материалов и работ. Появляется необходимость штрабления несущих стен для создания упорных горизонтальных элементов. Также есть вероятность того, что опорные пластины, в которые упираются распорки с резьбовым стяжным устройством будут перемещаться в горизонтальной плоскости и потому не будут работать.

Известен способ проведения ремонтно-восстановительных работ на строительных объектах с кирпичной кладкой наружных и внутренних стен (патент RU 2423590, МПК E04G 23/00), включающий усиление кирпичной кладки с установкой системы балочных поясов, накладок и тяжей из винтовой арматуры и резьбовых муфт. При его осуществлении первоначально производят усиление наружных стен путем сверления в них с внутренней стороны стены первой группы отверстий на глубину не менее 1/2 толщины стены без их выхода на наружную поверхность стены. Затем в этих отверстиях закрепляют анкерные шпильки и производят сверление второй группы отверстий большего диаметра на глубину 0,5-0,8 толщины стены, в которые устанавливают пакеры и ведут инъецирование кирпичной кладки инъекционным составом. Затем наклеивают холсты из композиционных материалов на внутреннюю поверхность наружных стен. После проводят укрепление кирпичной кладки внутренних стен здания путем инъецирования эпоксидным составом и оклеивания поверхности внутренних стен холстами из композиционных материалов, с последующим созданием балочного пояса посредством монтажа в уровне вышележащего этажа надэтажного перекрытия элементов металлоконструкций на балочных поясах внутренних и наружных стен и связи их между собой тяжами из винтовой арматуры и резьбовых муфт.

Недостатками способа являются сложность монтажа усиливающих конструкций и высокая стоимость материалов и работ. Также недостатком является сверление группы отверстий в несущей стене на глубину до 0,5 толщины стены, тем самым снижая ее несущую способность.

Техническим результатом заявленного изобретения является усиление и повышение несущей способности и сейсмостойкости железобетонной напорной стены длительно эксплуатируемого руслового здания ГЭС с низкой трудоемкостью проведения работ без изменения проектных строительных решений.

Технический результат достигается применением системы внешнего армирования с двух сторон железобетонной напорной стены руслового здания ГЭС: со стороны верхнего бьефа - в пролете между бычками, со стороны машинного зала - по всей длине пролета напорной стены, путем перекрестной наклейки углеродных лент.

Перед началом работ по устройству системы внешнего армирования устанавливают затворы в пазы бычков здания ГЭС и осуществляют осушение зоны работ со стороны верхнего бьефа.

Поверхности напорной стены выравнивают с применением ремонтных составов.

Осуществляют контроль температуры и относительной влажности окружающей среды, и работы по монтажу углеродной ленты начинают при температуре окружающей среды в пределах 10-35 градусов Цельсия и относительной влажности окружающей среды не выше 80%.

В качестве углеродных лент используются углеродные однонаправленные ленты.

Выполняется раскрой и обезжиривание углеродных лент, подготовка и нанесение адгезива на подготовленное для наклейки основание.

Устройство системы внешнего армирования выполняют с применением в качестве адгезив атермоактивного эпоксидного двухкомпонентного связующего.

После этого на поверхность напорной стены наклеиваются углеродные ленты не менее 2-х и не более 5-ти слоев перекрестно по диагонали под углом 30-50 градусов к продольной оси напорной стены.

Далее каждый последующий слой обрезают не ближе 150 мм от обреза предыдущего слоя; расстояние в свету между углеродными лентами принимают не менее 300 мм и не более 1/4 толщины напорной стены; а стыковку углеродных лент выполняют внахлест с длиной нахлеста не менее 300 мм; а углеродные ленты заходят на поверхность примыкающих к напорной стене строительных конструкций не менее чем на 300 мм.

После наклейки углеродные ленты дополнительно фиксируют углеродными анкерными жгутами, для чего в местах пересечения углеродных лент сквозь них под углом от минус 30 до минус 45 градусов к горизонтали выполняют отверстия в напорной стене под углеродный анкерный жгут диаметром на 3-6 мм больше диаметра углеродного анкерного жгута и длиной не менее 30 его диаметров, затем вклеивают углеродный анкерный жгут в подготовленное отверстие.

По окончании установки системы внешнего армирования на нее наносят защитное покрытие, а со стороны машинного зала дополнительно - огнезащитное покрытие.

Для защиты системы внешнего армирования от внешних воздействий до момента отверждения адгезива присыпают его накрывочный слой сухим песком фракцией от 0,5 мм до 1,0 мм, либо после отверждения адгезива обрабатывают поверхность грунтовкой.

В качестве огнезащитного покрытия применяют огнезащитные штукатурные составы, либо огнезащиту на основе теплоизоляционных плит из каменной ваты, либо огнезащитные обмазки.

Предлагаемое техническое решение поясняется Фиг. 1-4

На фиг. 1 показан поперечный разрез руслового здания ГЭС.

На фиг. 2 показана часть руслового здания ГЭС в плане.

На фиг. 3 показана схема внешнего армирования на поперечном разрезе напорной стены руслового здания ГЭС.

На фиг. 4 показан основной вид схемы внешнего армирования напорной стены руслового здания ГЭС

На данных фигурах приняты следующие обозначения:

1 - напорная стена руслового здания ГЭС;

2 - верхний бьеф;

4 - система внешнего армирования;

3 -строительный межблочный шов;

4 - система внешнего армирования;

6 - затвор;

7 - паз бычка здания ГЭС;

8 - бычок здания ГЭС.

9 - анкерные жгуты

Напорная стена 1 (фиг. 1-4) руслового здания ГЭС - это железобетонная верховая стена машинного зала руслового здания ГЭС, воспринимающая напор воды со стороны верхнего бьефа 2 (фиг. 1, 2). Напорные стены, ввиду массивности, возводятся с обязательными перерывами в бетонировании и, в результате, они имеют горизонтальные и вертикальные межблочные строительные швы 3 (фиг 3, 4).

При длительной эксплуатации русловых ГЭС в их напорных стенах неизбежно возникают трещины по межблочным строительным швам и в монолитной части (в пределах блоков бетонирования), по которым происходит фильтрация воды и которые не представляется возможным полноценно отремонтировать путем инъектирования ремонтными материалами. При этом происходит снижение несущей способности этих ответственных конструкций. Важным усугубляющим фактором становятся сейсмические воздействия, интенсивность которых согласно действующим картам общего сейсмического районирования территории РФ ОСР-2015 принята на 1-2 балла выше, в сравнении с нормативами, действовавшими во время проектирования и строительства длительно эксплуатируемых ГЭС (1960-1970 годы).

Возникает необходимость усиления напорных стен 1 (фиг. 1-4), которое предлагается выполнять посредством системы внешнего армирования 4 (фиг. 1-3) углеродными лентами 5 (фиг .4), устраиваемой с двух сторон напорной стены 1 (фиг. 1-4). Данная система внешнего армирования обеспечивает повышение несущей способности и сейсмостойкости длительно эксплуатируемых русловых зданий ГЭС путем повышения изгибной и сдвиговой жесткости напорной стены.

В качестве материалов для создания системы внешнего армирования используют:

• углеродные однонаправленные ленты;

• углеродные анкерные жгуты;

• адгезивы термоактивные эпоксидные двухкомпонентные связующие, предназначенные для сухих и влажных поверхностей, а также для повышенных температур.

Устройство системы внешнего армирования производят в следующей последовательности:

• подготовка поверхности конструкций;

• подготовка углеродных лент;

• подготовка адгезива (связующего);

• наклейка углеродных лент;

• анкеровка углеродных лент;

• нанесение защитного покрытия.

Перед началом работ по устройству системы внешнего армирования 4 (фиг. 1-3) устанавливают затворы 6 (фиг. 2) в пазы 7 (фиг. 1, 2) бычков 8 (фиг. 1, 2) здания ГЭС и осуществляют осушение зоны работ со стороны верхнего бьефа 2 (фиг. 1, 2).

Поверхности напорной стены выравнивают с применением ремонтных составов.

Перед монтажом углеродной ленты контролируют температуру и относительную влажность окружающей среды. Работы по монтажу углеродной ленты выполняют при температуре окружающей среды в пределах 10-35 градусов Цельсия и относительной влажности окружающей среды не выше 80%.

При подготовке углеродной ленты выполняют ее раскрой на гладком столе (поверхности), покрытом полиэтиленовой пленкой, обезжиривание - протиркой тканью без ворса, смоченной в органическом растворителе (например, ацетон) по направлению вдоль волокон ленты.

Подготовку адгезива производят путем смешивания компонентов состава в соотношении, указанном производителем. Адгезив наносят шпателем или кистью тонким равномерным слоем на подготовленное для наклейки основание в количестве, указанном производителем.

Углеродные ленты укладывают с натяжением на слой нанесенного адгезива путем их прижатия и разглаживания вдоль волокон от центра к краям.

Усиление напорной стены 1 (фиг. 1-4) производят с двух сторон для исключения взаимного сдвига по вертикальным и горизонтальным строительным межблочным швам 3 (фиг 3, 4) путем наклейки углеродных лент 5 (фиг. 4) системы внешнего армирования 4 (фиг. 1 -3) - не менее 2-х и не более 5-ти слоев. Направление углеродных лент - перекрестно по диагонали под углом 30-50 градусов к продольной оси напорной стены. При этом каждый последующий слой углеродной ленты обрезают не ближе 150 мм от обреза предыдущего слоя.

При наклейке углеродные ленты заводят на поверхность примыкающих к напорной стене строительных конструкций на 300 мм.

Максимальное расстояние в свету между углеродными лентами принимают не менее 300 мм и не более 1/4 толщины напорной стены. Стыковку углеродных лент выполняют внахлест, длина нахлеста 300 мм.

Для анкеровки углеродной ленты 5 (фиг. 4) применяют углеродные анкерные жгуты 9 (фиг.3 , 4). Диаметр отверстия под углеродный анкерный жгут выполняют на 3-6 мм больше его диаметра и устанавливают углеродный анкерный жгут в предварительно подготовленное под углом к горизонту от минус 30 до минус 45 градусов отверстие. Длина отверстия должна быть не менее 30 диаметров углеродного анкерного жгута.

Для защиты системы внешнего армирования от внешних воздействий (высоких и низких температур, щелочного воздействия, различного рода механических повреждений) наносят защитное покрытие: до момента отверждения адгезива присыпают его накрывочный слой сухим песком фракцией от 0,5 мм до 1,0 мм, либо после отверждения адгезива обрабатывают поверхность грунтовкой.

В качестве огнезащитного покрытия системы внешнего армирования со стороны машинного зала применяют огнезащитные штукатурные составы, либо огнезащиту на основе теплоизоляционных плит из каменной ваты, либо огнезащитные обмазки.

Для обоснования эффективности усиления напорной стены машинного зала композитным материалом проведены расчетные исследования методом конечных элементов.

Расчетные исследования включали в себя разработку пространственных конечно-элементных моделей системы «здание ГЭС - основание», на основе которых выполнен динамический расчет на сейсмическое воздействие. Сейсмическое воздействие учитывалось по динамической теории на основе фактической акселерограммы.

В результате динамического расчета установлено, что при знакопеременном сейсмическом воздействии в 9-10 баллов в железобетонной напорной стене руслового здания ГЭС с двух сторон возникают растягивающие напряжения в пределах 5 МПа, превышающие сопротивление бетона на растяжение (1,25 МПа), в результате чего раскрываются строительные швы, появляются дополнительные трещины в блоках бетонирования, а также увеличиваются растягивающие напряжения в арматуре - до 300 МПа.

При усилении железобетонной напорной стены системой внешнего армирования композитным материалом по предложенной схеме расчетами установлено, что растягивающие напряжения в бетоне снижаются (3 слоя углеродных лент дают снижение напряжения до 1,0 МПа) и не превышают сопротивление бетона на растяжение (1,25 МПа).

Таким образом, заявленная система усиления позволяет эффективно усиливать и повышать несущую способность железобетонной напорной стены и повышать сейсмостойкость руслового здания ГЭС в целом.

Изобретение относится к области строительства, а именно к усилению железобетонных строительных конструкций длительно эксплуатируемого руслового здания ГЭС, и может быть использовано для повышения их несущей способности и сейсмостойкости. Технический результат достигается применением системы внешнего армирования, устраиваемой с двух сторон железобетонной напорной стены руслового здания ГЭС: со стороны верхнего бьефа - в пролете между бычками, со стороны машинного зала - по всей длине пролета напорной стены, путем перекрестной наклейки в два-пять слоев на поверхность напорной стены углеродных лент с величиной острых углов их пересечения продольной оси напорной стены, равной 30-50 градусов, при этом каждый последующий слой обрезают не ближе 150 мм от обреза предыдущего слоя; расстояние в свету между углеродными лентами принимают не менее 300 мм и не более 1/4 толщины напорной стены; стыковку углеродных лент выполняют внахлест с длиной нахлеста не менее 300 мм; перед началом работ по устройству системы внешнего армирования устанавливают затворы в пазы бычков здания ГЭС и осуществляют осушение зоны работ со стороны верхнего бьефа, затем поверхности напорной стены выравнивают и производят их очистку; после наклейки углеродные ленты дополнительно фиксируют углеродными анкерными жгутами, для чего в местах пересечения углеродных лент сквозь них под углом от минус 30 до минус 45 градусов к горизонтали выполняют отверстия в напорной стене под анкерный жгут диаметром на 3-6 мм больше диаметра анкерного жгута и длиной не менее 30 его диаметров, затем вклеивают анкерный жгут в подготовленное отверстие; после установки системы внешнего армирования на нее наносят защитное покрытие, а со стороны машинного зала дополнительно - огнезащитное покрытие. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ усиления и повышения несущей способности и сейсмостойкости напорной стены руслового здания ГЭС, характеризующийся тем, что устраивается система внешнего армирования с двух сторон железобетонной напорной стены руслового здания ГЭС: со стороны верхнего бьефа - в пролете между бычками, со стороны машинного зала - по всей длине пролета напорной стены, путем перекрестной наклейки углеродных лент,

перед началом работ по устройству системы внешнего армирования устанавливают затворы в пазы бычков здания ГЭС и осуществляют осушение зоны работ со стороны верхнего бьефа,

поверхности напорной стены выравнивают с применением ремонтных составов,

осуществляют контроль температуры и относительной влажности окружающей среды, и работы по монтажу углеродной ленты начинают при температуре окружающей среды в пределах 10-35 градусов Цельсия и относительной влажности окружающей среды не выше 80%,

выполняется раскрой и обезжиривание углеродных лент, при этом в качестве углеродных лент используются углеродные однонаправленные ленты,

выполняется подготовка и нанесение адгезива на подготовленное для наклейки основание,

после этого на поверхность напорной стены наклеиваются углеродные ленты не менее 2-х и не более 5-ти слоев перекрестно по диагонали под углом 30-50 градусов к продольной оси напорной стены,

далее каждый последующий слой обрезают не ближе 150 мм от обреза предыдущего слоя; расстояние в свету между углеродными лентами принимают не менее 300 мм и не более 1/4 толщины напорной стены; а стыковку углеродных лент выполняют внахлест с длиной нахлеста не менее 300 мм; а углеродные ленты заходят на поверхность примыкающих к напорной стене строительных конструкций не менее чем на 300 мм.

после наклейки углеродные ленты дополнительно фиксируют углеродными анкерными жгутами, для чего в местах пересечения углеродных лент сквозь них под углом от минус 30 до минус 45 градусов к горизонтали выполняют отверстия в напорной стене под углеродный анкерный жгут диаметром на 3-6 мм больше диаметра углеродного анкерного жгута и длиной не менее 30 его диаметров, затем вклеивают углеродный анкерный жгут в подготовленное отверстие;

по окончании установки системы внешнего армирования на нее наносят защитное покрытие, а со стороны машинного зала дополнительно - огнезащитное покрытие.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что устройство системы внешнего армирования выполняют с применением в качестве адгезива термоактивного эпоксидного двухкомпонентного связующего.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что защитное покрытие наносят: до момента отверждения адгезива, присыпая его накрывочный слой сухим песком фракцией от 0,5 мм до 1,0 мм.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что защитное покрытие наносят после отверждения адгезива, обрабатывая поверхность системы внешнего армирования грунтовкой.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве огнезащитного покрытия применяют огнезащитные штукатурные составы.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве огнезащитного покрытия применяют огнезащиту на основе теплоизоляционных плит из каменной ваты.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве огнезащитного покрытия применяют огнезащитные обмазки.