Ремонт повреждений на гребнях и откосах грунтовых сооружений

 

В процессе эксплуатации грунтовых водоподпорных сооруже­ний возникает необходимость досыпки гребня и тела плотины до проектных отметок, суглинка на верховой откос с целью его кольматации, заделки поперечных или продольных трещин и пустот, ремонта креплений откосов, одерновки, посева трав и др. Эти работы в большинстве случаев на низконапорных пло­тинах выполняют в течение календарного года, так как они от­носятся к текущему ремонту.

Обрушение и сползание откосов, непредвиденные крупнога­баритные промоины, глубокие трещины и другие деформации, возникающие при сейсмических воздействиях, повреждения селе­вым или паводковым потоком относят к аварийным.

При наличии продольных и поперечных трещин на гребне и откосах плотин открывают трапецеидальную, сужающуюся кни­зу траншею вдоль оси трещины на 0,3...0,5 м ниже ее глубины (рис. 11,1, а) и длиной на 1 м в каждую сторону больше тре­щины. Траншеи заполняют тем же грунтом, из которого состоит плотина, если нет специального обоснования замены грунта. Грунт укладывают слоями по 10...15 см с трамбованием до про­ектной плотности. При устранении трещин ниже кривой депрес­сии устраивают короткие замки поперек трещины (рис. 11, 1,6), которые предотвращают контактную фильтрацию вдоль тран-

 

Рис. 11.1 Заделка трещин грунтовых плотин:

-а — продольной; б — поперечной; 1 — гребень плотины; 2 — трещина; 3 — траншея; 4 — замок траншеи; 5 — шпунтовое ограждение. Размеры в м

шеи. Заделку трещин обычно выполняют в теплое время года. При проведении ремонтных работ зимой траншею заполняют только талым грунтом, не допускают промерзания слоев при их укладке, стенок и дна траншеи. Если уровень воды в траншее ниже уровня воды в верхнем бьефе и возможно ее проникнове­ние в траншею, то место проведения ремонтных работ огора­живают шпунтом.

На Чир-Юртской плотине в результате землетрясения силой 7 баллов образовались продольные трещины, разрушились гре­бень и парапет (см. 10.2). При выполнении ремонтных работ сняли верхний разрыхленный грунт на глубину до 2...4 м, где плотность суглинка в ядре составляла 1,55 т/м³. Затем ядро уплотнили тяжелыми трамбовками по всей поверхности. После этого досыпали плотину и уплотняли ее в соответствии с проек­том. Восстановили также парапет, пешеходную дорожку, креп­ление, надолбы и др.

На Чарвакской плотине с ядром в процессе строительства появились продольные и поперечные трещины. Одна из продоль­ных трещин протяженностью 450 м, с максимальным раскрыти­ем 18 см и глубиной до 6 м образовалась вдоль контакта пере­ходной зоны с низовой упорной призмой. Поперечные трещины заделывали шпонками, создаваемыми в шурфе, ориентированном вдоль трещин, а продольные — замывом мелким песком по уст­роенной траншее глубиной 1 м. Песок малыми порциями пода­вали в непрерывный поток воды. Замыв прекращали тогда, ког­да на поверхности траншеи появлялся слой песка.

Гребень досыпали обычным способом, при котором вначале рыхлили поверхность, перемещали материал крепления во вре­менные отвалы, планировали и бороновали поверхность, доув- лажняли грунты на гребне до оптимальной влажности, отсыпали карьерный материал с оптимальным увлажнением, разравнива­ли и уплотняли. По мере достижения проектной отметки устраи­вали дорожное полотно.

Восстановление обрушенных откосов или их уполаживание осуществляют путем перемещения разрыхленного сползшего грунта, отсыпки и уплотнения грунта наклонными слоями по всей высоте откоса (поперечный способ) или горизонтальными слоями по всей длине откоса (продольный способ) (рис. 11.2). В качестве материала для отсыпки можно использовать тот же сползший грунт при соблюдении технологии его отсыпки. Для повышения устойчивости отсыпаемого грунта выполняют сту­пенчатую подрезку низового откоса на ширину

где т — коэффициент заложения откоса после ремонта; h_s — высота уступа, принимаемая в зависимости от характеристики уплотняющего механизма, обычно 0,15... 0,25 м.

Рис. 11.2. Схема уширения и уполаживания откосов грунтовых плотин: а и б — продольный и поперечный способы; в — уплотнение грунта катком; 1 — гребень плотины; 2 — низовой откос до ремонта; 3 проектный откос; 4 — слой отсыпки и уплотнение грунта; 5 — уплотненный грунт; 6 — грунт, разравниваемый бульдозером; 7 — каток

 

При продольном способе минимальную ширину площадки принимают на 0,5... 1 м больше ширины принятого катка для уплотнения, бульдозера или автосамосвала.

При нарушении насыпей грунтовых сооружений землероями (ондатры, бобры, суслики, кроты, мыши и др.) перекапывают и утрамбовывают грунт. При этом норы заливают водой, глиня­ным или песчано-цементным раствором. В отдельных случаях устраивают «замки» путем откапывания траншеи из условия удобства химической обработки норы и засыпки траншеи грун­том оптимальной влажности с послойным его уплотнением.

При появлении течей необходимо выяснить причины их воз­никновения. Вначале в местах повышенной фильтрации на верховом откосе накладывают

Рис. 11.3. Восстановление крепления откоса плотины асфальтобетонной об­лицовкой:

1 — границы разрушения откоса; 2 — промоина, заполненная песчано-гравийным грун­том; 3 — зона протравления ядохимикатами; 4 — асфальтобетонное покрытие; 5 — об­работанная поверхность

пластырь из полиэтиленовой пленки с пригрузкой ее грунтом, а на низовом откосе устраивают временную дрену с пригрузкой грунтовым материалом. Затем выясняют причину фильтрации и выполняют ремонт.

Каменное крепление верхового откоса ремонтируют как на­сухо, так и с плавсредств. При осушении откоса часто требует­ся значительная сработка водохранилища, что не оправдано с позиции выработки электроэнергии, подачи воды на орошение, водоснабжения и других водохозяйственных нужд. При подвод­ном ремонте монтируют плавучую платформу, состоящую из системы понтонов, средств перемещения, мерных приспособлений и средств для выгрузки камня на откос. С помощью рейки- футштока промеряют глубины и определяют объем зоны разру­шения, которую предварительно разбивают на захватки. После этого приступают к выполнению работ. Материалы для ремонта подвозят баржей. Толщину отсыпки принимают не менее 2.5...3 слоев расчетного диаметра камня и контролируют при помощи рейки-футштока, опускаемой с платформы вертикально вниз. Камень в воду отсыпают шаландами с открывающимися дни­щами, саморазгружающимися баржами, саморазгружающимися контейнерами с применением берегового или плавучего крана, при помощи крана с многочелюстным грейфером, сталкиванием камня бульдозером, автосамосвалами с берега, плавучего пирса или прочного льда. Способ отсыпки камня выбирают исходя из технико-экономических соображений и технических возможно­стей.

Зачастую ремонт верховых откосов выполняют путем нанесе­ния насухо плотного гидротехнического асфальтобетона, укла­дываемого и уплотняемого в горячем состоянии (рис. 11.3). Перед укладкой асфальтобетонного покрытия на разрушенный откос насыпают песчано-гравийный грунт, который выравнива­ют и уплотняют. Основание обрабатывают гербицидами из расчета 20 г/м² и хлорной известью — 200 г/м². При укладке покрытия асфальтоукладчиком основание протравливают ядохимика- тами, обрабатывают разжиженным битумом или битумной эмульсией с расходом 1...2,5 кг/м². Для ремонта откосов применяют асфальтобетоны с составами, приведенными в таблице 11.1.

11.1. Состав асфальтобетонов, %

 

Компоненты	Асфальтобетон
песчаный	мелкозерни­ стый	пористый
Щебень (размер частиц до 15 мм)
Каменная крошка (размером до 5 мм)
Среднезернистый песок (размер пес­чинок до 2 мм)	40…65
Извястняковый порошок (размер ча­стиц до 0,15 мм)	15…25	15…25	0..5
Вол Волокнистый наполнитель — асбест	1…15	1…3	-
Нефтяной битум		7…10		5…7

 

Температура укладываемого асфальтобетона должна быть не ниже +130°С. Чтобы повысить водонепроницаемость асфальто­бетонного покрытия, его поверхность поливают горячим битум- ным сплавом, посыпают каменной крошкой или крупнозернис­тым песком из расчета 5...10 кг/м² и прикатывают легким кат­ком. Толщину асфальтобетонного покрытия принимают в зави­симости от напора от 3...4 до 9... 12 см. Оно обладает следую­щими достоинствами: высокой водонепроницаемостью, трещиностойкостью, деформативностью. Поэтому такое покрытие широ­ко применяют как за рубежом, так и в нашей стране. К недо­статкам относят то, что оно разрушается при толщине льда бо­лее 1 м, быстром снижении уровня воды в водоеме (50 см/сут),'воздействии волн высотой 3 м.

Для ремонта верховых откосов используют также асфальт или мелкозернистый асфальтобетон, заливая его под воду спе­циальным устройством с плавсредств. При незначительных по­вреждениях сначала промывают поверхность крепления водой под давлением, а затем заливают их асфальтовым раствором под воду с расходом 100... 120 кг/м². При значительных разру­шениях засыпают поврежденные участки слоем щебня и, если нужно, устраивают обратный фильтр. Поверх щебня отсыпают камень или крупный щебень. Существующую поверхность бето­на или асфальта вокруг зоны разрушения крепления очищают водой под давлением, и ремонтируемый участок заливают ас­фальтовым раствором под воду. Ранее деформированные высту-

лающие плиты удаляют или сбрасывают в пониженные места разрушений. Данный способ применяют при заложении откосов до 1:2...1:3 в зависимости от степени разрушения. Асфальтовое или асфальтобетонное покрытие должно перекрывать здоровое крепление на 1,5...2 м. Асфальтовый раствор содержит 80...88% крупнозернистого песка или мелкого гравия (размер частиц до 5 мм), 12...20% известнякового или доломитового порошка и

14…18% битума. Литой мелкозернистый асфальтобетон содер­жит на 1...2% меньше вяжущего и 25...40% щебня (размер час­тиц до 20 мм).

Верховые откосы плотин и дамб иногда ремонтируют под водой с применением асфальтовых армированных тюфяков, раз­меры которых составляют: ширина 1,75...3,5 м, длина 6...70 м, толщина 5...6 см. Арматура представляет собой сетку из про­волоки диаметром 3...5 мм, с размером ячеек от 100X100 до 150X200 мм. По ширине сетка меньше размера тюфяка на 5...7 см, по длине — больше на 15...20 см. Тюфяк представляет собой два слоя асфальта или асфальтобетона, посередине кото­рых расположена металлическая сетка. При изготовлении его уплотняют катками и охлаждают до +20...40°С. Готовый тюфяк наматывают на барабан диаметром 2,5...4 м, после чего транс­портируют к месту укладки. Откос выравнивают, и надводную часть его обрабатывают гербицидами. Затем с помощью крана или лебедки тюфяк укладывают на бровку откоса перпендику­лярно направлению течения потока. Конец тюфяка закрепляют на гребне с помощью бруса и краном или лебедкой разматыва­ют по откосу. Сопрягают тюфяки внахлестку или впритык с по­следующей заливкой швов асфальтовым герметиком. Качество стыков проверяют водолазы. Герметик представляет собой, например, состав из крупнозернистого песка (размер частиц 5 мм) — 80...88%, известнякового или доломитового порошка —

12...20%, битума—14...18%, высокополимерных добавок —2.5...3%.

Деформационные швы тонких бетонных облицовок ремонти­руют различными способами в зависимости от характера по­вреждений.

В случае нарушения уплотнения, когда основание плит не имеет повреждения, ремонт выполняют по предложению Гидро­проекта одним из следующих способов.

1.Шов уплотняют битумно-полимерными герметиками типа БИТЭП или др. Перед уплотнением сухой шов очищают от пыли и мусора и проводят огрунтовку стенок шва жидким битумом или мастикой. В нижнюю часть шва плотно укладывают канат, пропитанный битумом, поверх которого наливают битумнополимерный герметик. Сверху шов зачеканивают цементным рас­твором (рис. 11,4, а).

2.После огрунтовки стенок жидким битумом в шов укладывают

Рис. 11.4. Ремонт деформационных швов бетонных креплений:

а и б — при отсутствии промоин под плитами; в и г — при промоинах под плитами соответственно с ненарушенной и нарушенной устойчивостью плит; 1 — цементный рас­твор; 2 — грунтовка торцов плит; 3 — битумно-полимерный герметик; 4 — пропитанный битумом канат; 5 — полимер-раствор; 6 — эпоксиДно-каучуковая композиция; 7 — лента стеклопластика; 8 — слой битума; 9 — арматура; 10 — плита-накладка: 11 — граница разрушенного крепления; 12 — засыпка грунтом; 13 — плита-подкладка; 14 — битумный мат. Размеры в см

 

жгут из пористой резины (ПРП, пороизол, гернит), сверх которого размещают антиадгезионную прокладку из полиэтиле­новой пленки толщиной не менее 0,2 мм. В подготовленный шов заливают тиоколовую мастику типа КБ-0,5, ГС-1, У-ЗОМ и др. Верхнюю часть шва зачеканивают цементным раствором.

Приклеивают к бетону эпоксидно-каучуковой композици­ей профильные герметизирующие ленты из резины, полиизобу­тилена, стеклоткани (рис. 11,4,6).

Такие способы использовали на магистральном канале Ка­ховской оросительной системы, канале Северский Донец—Дон­басс, Суклейской оросительной системы и др.

Вышеприведенные три способа ремонта деформационных швов применимы при напорах на крепление 10...15 м.

При образовании в подплитной области швов пустот в ре­зультате вымыва грунта, если устойчивость плит не нарушена, то ремонт проводят следующим образом. Через швы или специ­ально пробуренные скважины образовавшиеся пустоты запол­няют гравийно-песчаной смесью. По всей длине ремонтируемого участка устраивают монолитные плиты-накладки шириной 1 —1,2 м. Чтобы прикрепить их к старому бетону, концы защит- но-деформационной рамы приваривают к оголившейся арматуре старого крепления либо устанавливают специальные анкеры путем забуривания скважин. Затем армируют и бетонируют плиту-накладку, предварительно промазав основание битумом (рис. 11.4, в). Таким способом отремонтировали плиты крепле­ния откосов на Кременчугском водохранилище.

В том случае, если в результате выноса грунта из подплитной области крепление потеряло устойчивость, потрескалось и просело, то ремонт его выполняют следующим образом. Плиты, вышедшие из строя, разбирают, а пустоты засыпают или замы­вают песком, при этом ремонтируют обратный фильтр. В местах расположения швов кладут плиты-подкладки, которые покрыва­ют битумными матами. Устанавливают арматуру, крепят ее к старым плитам и бетонируют пространство, предварительно смо­чив поверхность старого бетона (рис. 11.4, г).

Во избежание сползания грунтовых масс откосов широко применяют, Как правило, буронабивные сваи. С их помощью грунтовые массы прикрепляют к основному массиву сооруже­ния. Однако этот способ сравнительно дорог.

На низконапорных сооружениях иногда целесообразнее устраивать сваи из химически закрепленного грунта, как это было выполнено на защитных дамбах Волжской ГЭС. Для этой цели пробурили скважины глубиной 2,5...3 м, расположенные в шахматном порядке по сетке 3x1,5 м, в которые поместили инъекторы диаметром 50 мм. Устья скважин с поверхности от­коса затампонировали жирной глиной, чтобы не выходил инъек­ционный раствор. Он представлял собой водный раствор улуч­шенной карбамидной смолы (УКС) в количестве 15...20% массы грунта с добавкой отвердителя — хлористого аммония (4% мас­сы смолы). Соотношение в растворе смолы й воды составляло 1:0,5.

Образовавшиеся сваи имели неправильную форму с радиу­сом распространения раствора в глинах и супесях с илистыми прослоями до 1 м. Прочность при сжатии образцов в водонасы­щенном состоянии составляла 1 МПа, а сцепление — 0,24 МПа.