книги из ГПНТБ / Пахомов, В. А. Бетон и железобетон в гидротехническом строительстве

ОСОБЕННОСТИ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

КЛАССИФИКАЦИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Гидротехнические сооружения классифицируются по различ­ ным признакам.

По назначению: водоподпорные сооружения перегораживают водный поток, создают подпор или разность уровней воды. Это дает возмржность получить гидравлическую энергию, осущест­ вить отвод воды для орошения полей и водоснабжения, перерас­ пределить водный сток во времени (регулировать его), предо­ хранить территорию от затопления. Сюда относятся плотины, дамбы и др.;

водопроводящие сооружения осуществляют транспортировку воды из различных источников на любые расстояния. К ним от­ носятся каналы, акведуки, дюкеры, тоннели, лотки, трубы, лив­ неспуски;

регуляционные или выправительны'е сооружения предназначе­ ны для управления течением воды, борьбы с размывающим дей­ ствием потоков на дно и берега. Это струенаправляющие, водо­ стеснительные, русло-, берего- и дамбоукрепительные соору­ жения.

По отраслям водного хозяйства (специальные): сооружения

гидроэнергетические сооружения — здания гидроэлектростан­

очистные устройства; рыбохозяйственные сооружения — рыбоходы, рыбоподъемни­

ки, рыбоводные пруды и др.

При осуществлении водохозяйственных мероприятий гидро­ технические сооружения, объединенные общей целью и распо­ ложенные в одном месте, составляют комплексы, так называе­ мые гидроузлы. Несколько гидроузлов составляют водохозяй­ ственную систему, например, энергетическую, транспортную, ир­ ригационную и др.

Гидротехнические сооружения бывают постоянные и времен­ ные. К постоянным относят сооружения, которые постоянно ис­ пользуются при эксплуатации объекта, а к временным — соору­

жения, необходимые только в период строительства объекта или ремонта отдельных его частей.

Постоянные гидротехнические сооружения в зависимости от их значения на объекте строительства разделяются на основные и второстепенные. К основным относятся такие, прекращение

или отдельные их элементы, авария которых не влияет на ра­ боту всего комплекса.

Постоянные речные гидротехнические сооружения в зависи­ мости от народнохозяйственного значения (категории) объектов, в состав которых они входят, разделяют на классы капитально­ сти (табл. 1).

Таблица 1. Категория и класс капитальности постоянных речных гидротехни­

ческих сооружений (СНиП П-И. 1—62*)

Класс капитальности

объектов

Объект и показатель его народнохозяйственного значения

основных второстепенных

4

если основные сооружения объектов II и III категорий возво­ дятся в особо неблагоприятных инженерно-геологических усло­ виях.

Повышение класса капитальности в двух последних случаях производится на единицу и должно быть всесторонне обоснова­ но и утверждено организацией, выдающей задание на проекти­ рование.

Класс капитальности основных сооружений (кроме IV класса) следует понижать на единицу в следующих случаях:

для сооружений гидроэлектростанций, годовая выработка элек­

для сооружений гидроэлектростанций I и II категорий, кото­ рые не участвуют в создании напорного фронта (за исключени­ ем зданий ГЭС, напорных деривационных и турбинных туннелей и трубопроводов ГЭС);

для тех сооружений, условия эксплуатации которых позволя­ ют производить ремонт сооружения без нарушения работы гид­ роузла.

Временное сооружение допускается относить к IV классу, если его авария может вызвать последствия катастрофического ха­ рактера для строительной площадки, населенных пунктов, со­ оружений и предприятий или вызвать значительную задержку возведения основных сооружений объектов I и II категорий.

Постоянные морские гидротехнические сооружения в зависи­

Для мелиоративных систем классы сооружений определяют по табл. 4. В случаях, когда гидротехнические сооружения ме­ лиоративных систем участвуют в создании подпора, их класс повышается на единицу.

6

При проектировании к каждому классу сооружений предъяв­ ляются дополнительные требования:,

по прочности и устойчивости — расчетными коэффициентами; по долговечности — соответствующими строительными мате­ риалами и изделиями и их защитой от различных воздействий

(физические, химические, биологические и др.); по степени надежности — в условиях разрушающего воздей­

ствия климатических, геофизических и гидрогеологических фак­ торов (ветер, замлетрясение, половодье, паводки, шторм, лед и др.) —дифференцированными величинами расчетной вероятности повышения максимальных расходов и уровней воды, расчетной сейсмичности сооружений, возвышения незатопляемых площадей над наивысшим эксплуатационным уровнем воды и др.

ФАКТОРЫ АГРЕССИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ

Гидротехнические сооружения, находясь в постоянном контак­ те с водой, подвергаются различным колебаниям температуры окружающей среды, разрушительным действиям ветров, солнеч­ ной радиации и др.

Рассмотрим факторы воздействия внешней среды на бетон­ ные гидротехнические сооружения и степень их агрессивности.

Омывание водой и гидростатический напор. При омывании бе­ тонных сооружений водой и при ее фильтрации через материал происходит растворение и выщелачивание извести, а также раз­ ложение структуросвязывающих компонентов бетона — гидроси­ ликатов, гидроалюминатов и гидроферритов кальция. Эти ком­ поненты могут устойчиво существовать в твердой фазе в равновосни с жидкой фазой лишь при условии содержания в послед­ ней предельной концентрации извести. По мере растворения и выноса ее из бетона начинается гидролитическое разложение этих компонентов, начиная с высокоосновных гидросиликатов и кончая низкоосновными. Эти процессы приводят к образованию малосвязных продуктов •— кремневых кислот, гидроокиси алю­ миния, гидроокиси железа и уменьшению прочности бетона в целом (коррозия I рода по В. М. Москвину).

На интенсивность выщелачивания извести из бетона оказыва­ ет влияние скорость омывания его водой. При медленном дви­ жении воды у поверхности бетона в прилегающем ее слое созда­ ется значительная концентрация извести и скорость ее диффу­ зии из бетона замедляется. В напорных частях гидротехнических сооружений происходит выщелачивание извести как благодаря ее выносу с водой фильтрата, так и путем ее диффузии. Процесс выщелачивания извести избетона визуально фиксируется по налетам белого цвета и сталактитам. Эти симптомы фильтрации

7

можно иногда обнаружить на наружной поверхности днищ оро­ сительных лотков, плитах облицовки каналов, водосливных пло­ тин, потернах, акведуках.

Процессам коррозии I рода в основном подвержен водопро­ ницаемый бетон.

Воздействие минерализованных вод и грунтов. При воздей­ ствии на бетон воды с растворенными в ней солями и минера­ лизованных грунтов возможно прохождение коррозионных про­ цессов (II и III рода) как в результате действия катионов ме­ талла, так и кислотных анионов [1].

К процессам коррозии II рода относятся случаи действия на бетон воды, содержащей вещества, усиливающие вынос из це­ ментного камня растворимых соединений. К таким веществам относятся растворимые в воде углекислота, хлористый натрий

и др.

Коррозия III рода характеризуется образованием и кристал­ лизацией в структуре бетона новых соединений в результате взаимодействия продуктов гидратации цемента с веществами, растворенными в воде. Этот вид коррозии характерен при воз­ действии на бетон сульфатов. Возможно одновременное или по­ очередное прохождение нескольких видов коррозии.

Признаки и нормы агрессивности воды-среды для бетона и железобетона гидротехнических сооружений даны в СН 249— 63. Агрессивность минерализованных грунтов зависит от вида солей, их растворимости, уровня и напора грунтовых вод.

Биологическое воздействие. В нашей стране и за рубежом про­ водятся обширные исследования биологического воздействия на бетон.

Считают, что растительное обрастание защищает бетон от раз­ рушения, а животные — мидии, выделяя в процессе жизнедея­

разрушают бетон продуктами своей жизнедеятельности. Однако по агрессивности это воздействие не значительнее других.

Абразия. Важным фактором агрессивного воздействия водной среды является абразивное действие наносов, которые при дви­ жении в потоке воды приводят к износу бетонную поверхность гидротехнических сооружений (облицовку). По данным исследо­ ваний Черноморской лаборатории морских берегозащитных со­ оружений ЦНИИС, износ бетона в подводной части берегоза­ щитных сооружений на Кавказском побережье в районе Сочи— Туапсе составляет около 30 см в год. На Крымском побережье в районе Ялты, по данным лаборатории берегозащитных гидро­ технических сооружений МКХ УССР, износ бетона составляет около 10, а на Одесском побережье 2—4 см в год.

Степень износа бетона во многом зависит от материала нано­ сов (абразива). Меньший износ бетона на Одесском побережье объясняется менее жесткими гидродинамическими условиями

8

эксплуатации гидросооружений и видом наносов. Для этого по­ бережья характерны песчаные, суглинистые и глинистые нано­ сы, а для Крымского и Кавказского — галечно-гравийно-песча- ные смеси.

Абразивное разрушение бетонных гидротехнических сооруже­ ний происходит от двух составляющих ■— удара частиц и истира­ ния. Вопрос износостойкости (абразивной стойкости) бетонных конструкций гидротехнических сооружений изучен еще недо­ статочно.

Кавитация. Гидроэнергетические, морские берегоукрепитель­ ные и оградительные сооружения подвергаются кавитационному разрушению. При объяснении возникающих механических сил при кавитации используют две гипотезы.

В основу первой положена теория Рэлея, согласно которой за­ хлопывание кавитационной полости (каверны) генерирует удар­ ную волну, вызывающую взаимодействие жидкости с твердым телом (бетоном).

Согласно второй гипотезе при захлопывании кавитационной полости возникает коммулятивная струя, которая втекает в эту полость с большой скоростью и ударно воздействует на поверх­ ность материала (бетона).

Вобоих случаях поверхность материала подвержена сильно­ му разрушающему динамическому действию струй жидкости.

Аэрация воды. Аэрация воды, происходящая на водобоях, быстротоках (речных, мелиоративных сооружений), в зонах раз­ бивания волн (на водохранилищах и морях), на стойкость бе­ тона не оказывает влияния, но железобетонные конструкции в значительной степени страдают от этого процесса.

Всвязи с насыщенностью воды кислородом коррозия армату­ ры гидротехнических сооружений в зоне аэрации протекает пре­ имущественно с кислородной деполяризацией. Плотный бетон,

имеющий щелочную среду и ограниченную воздухопроницае­ мость, очень хорошо защищает арматуру.

В связи с этим бетоны гидротехнических сооружений, в отли­ чие от бетонов для обычного строительства, согласно ГОСТ 4795—68, должны обладать следующими основными свойствами: водостойкостью и водонепроницаемостью, морозостойкостью, тре­ буемой прочностью и высокой растяжимостью, коррозионной стойкостью, отсутствием вредного взаимодействия щелочей с за­ полнителями, а также (при необходимости) специальными — аб­ разивной и кавитационной стойкостью, стойкостью по отношению к химическому воздействию различных грунтов.

НАТУРНЫЕ ОБСЛЕДОВАНИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Задачи натурных обследований. Натурные обследования бе­ тонных и железобетонных гидротехнических сооружений прово­ дятся с целью изучения различных явлений и процессов, наблю­

9