книги из ГПНТБ / Пахомов, В. А. Бетон и железобетон в гидротехническом строительстве
.pdfВ. А. ПАХОМОВ, В. В. ГОНЧАРОВ
БЕТОН
ИЖЕЛЕЗОБЕТОН
ВГИДРОТЕХНИЧЕСКОМ
СТРОИТЕЛЬСТВЕ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «БУД1ВЕЛЫНИК:
К и е в — 1 9 7 4
Г ос. публичная |
| |
6С7 |
|
Явучно-техш-гчес^ая |
* |
П21 |
|
библиотека t -'СР |
| |
|
|
ЭКЗЕМПЛЯР |
| |
УДК 691.3)6:626,8 |
|
ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА |
i |
||
|
|
В. А. Пахомов, В. В. Гончаров. Бетон и железо |
||||||
J ? |
бетон в |
гидротехническом |
строительстве. Киев, |
||||
«Буд1вельник», 1974, стр. 168. |
|
|
|
||||
w / у (у ^ у |
В книге |
излагаются основы расчета и конструи |
|||||
|
рования |
бетонных и железобетонных |
элементов |
||||
|
конструкций |
гидротехнических |
сооружений |
по |
|||
|
двум группам предельных состояний, содержатся |
||||||
|
краткие сведения по коррозионной стойкости и за |
||||||
|
щите от коррозии бетона и железобетона в усло |
||||||
|
виях гидротехнического строительства. Дана ме |
||||||
|
тодика оценки экономической эффективности при |
||||||
|
менения бетонных и железобетонных конструкций, |
||||||
|
а также проведения обследований и наблюдений |
||||||
|
в надводной |
и подводной |
зонах |
гидротехниче |
|||
|
ских сооружений с учетом отечественного и зару |
||||||
|
бежного опыта. |
|
|
|
|
||
|
Книга рассчитана на инженерно-технических ра |
||||||
|
ботников |
гидротехнического |
строительства, |
спе |
|||
|
циалистов проектных и строительных организаций. |
||||||
|
Рисунков 41, таблиц 73, библиография из 24 по |
||||||
|
зиций. |
|
|
|
|
|
|
|
© Издательство «Буд1вельник», |
1974 г. |
|
П |
3211— 097 |
80— 74 |
М203(04)—74 |
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
для водного |
транспорта — судоходные шлюзы, каналы, судо |
подъемники, |
причалы, плотоходы, лесоспуски; |
гидроэнергетические сооружения — здания гидроэлектростан
ций, напорные бассейны, плотины; |
(оросительные, осушитель |
||
гидромелиоративные сооружения |
|||
ные) — водозаборные, шлюзы-регуляторы, |
отстойники, вододе- |
||
лители, дренажи, коллекторы, каналы; |
|
||
сооружения для |
водоснабжения и канализации — каптажи, |
||
насосные станции, |
водонапорные |
башни, |
пруды-охладители, |
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
1* |
3 |
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
работы которых влечет за |
собой остановку всего комплексного |
объекта или его части, а |
к второстепенным — те сооружения |
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
I категория
Гидроэлектростанции мощностью более 1 млн. кет Объекты на сверхмагистральных внутренних водных путях (каналы, шлюзы)
Речные порты с навигационным грузооборотом более 3000000 уел. г
II категория
Гидроэлектростанции мощностью 301000-ь
н-1000000 кет
Объекты на магистральных внутренних водных
путях Речные порты с навигационным грузооборотом
701000 н-3000000 уел. т
III категория
Гидроэлектростанции мощностью 51000-^300000
кет
Объекты |
на внутренних водных |
путях местного |
значения |
# |
|
Речные |
порты с навигационным |
грузооборотом |
151000-г-700000 уел. т
IV категория
Гидроэлектростанции мощностью 50000 кет и менее
Объекты на внутренних водных путях местного значения — малых реках
Речные порты и пристани с навигационным гру зооборотом 150000 уел. т и менее
I
п
п
н
ш
ш
ш
ш
ш
IV IV IV
ш
ш .
ш
ш
IV IV
IV IV IV
IV IV
IV
4
Если гидротехнические сооружения на сверхмагистральных и магистральных внутренних водных путях участвуют в создании подпора, их класс повышается на единицу против указанного в табл. 1.
Класс капитальности подпорных речных сооружений в зависи мости от вида грунтов оснований и величины максимального на пора определяется по табл. 2.
Таблица 2. |
Класс капитальности подпорных речных сооружений |
(СНиП П-И. |
|||||
|
|
|
|
1—62*) |
|
|
|
|
|
|
|
Плотины бетонные и железобетонные, |
|
||
|
|
|
|
подводные конструкции зданий |
|
||
Плотины из местных материалов |
|
гидроэлектростанций, судоходные |
|
||||
|
шлюзы, подпорные стены и другие |
|
|||||
|
|
|
|
бетонные и железобетонные соору |
Класс капита |
||
|
|
|
|
жения напорного фронта |
|||
|
|
|
|
|
|
|
льности соору |
|
|
Вид грунтов основания |
|
|
жения |
||
|
|
|
|
|
|||
Скальные |
| Нескальные |
| |
Скальные |
| |
Нескальные |
|
|
|
Величина максимального напора н а’сооружение, |
м |
|
||||
Более 100 |
|
Более 50 |
|
Более 100 |
|
Более 25 |
1 |
504-100 |
|
254-50 |
|
504-100 |
|
204-25 |
и |
20ч-50 |
|
154-25 |
|
204-50 |
|
104-20 |
ш |
<20 |
|
<15 |
|
<20 |
|
<10 |
IV |
Класс капитальности основных речных гидротехнических со оружений комплексного гидроузла, которые обеспечивают од новременно действие нескольких объектов, относящихся к раз личным отраслям народного хозяйства (энергетика, транспорт, мелиорация, водоснабжение и т. п.) устанавливается в следую щем порядке (см. табл. 1 и 2):
класс сооружений, обеспечивающих действие комплексного гидроузла в целом, следует устанавливать по показателям объек та, дающего наиболее высокий класс;
класс сооружений комплексного гидроузла, обеспечивающего действие только одного объекта, устанавливается по показате лям этого объекта.
Класс капитальности отдельных основных сооружений можно повышать в следующих случаях:
в зависимости от технических характеристик (по табл. 2); если авария сооружения II, III, IV классов может вызвать
последствия катастрофического характера, причинив значитель ный ущерб народному хозяйству, угрожать безопасности на селения;
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
троэнергии которых составляет: для I категории |
ГЭС — менее |
2 млрд, квт/ч; для II — менее 600 млн. кет/ч; для |
III — менее |
125 млн. квт/ч; |
|
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
мости от значения, |
назначения |
и характеристики |
сооружения |
|||
разделяются на классы капитальности по табл. 3. |
|
|
||||
Таблица 3. Класс капитальности мор |
Таблица 4. |
Класс сооружений |
мели |
|||
ских постоянных сооружений |
оративных систем (СНиП П-И. |
|||||
(СНиП П-И. 2—62) |
|
|
3—62*) |
|
||
|
Класс капиталь |
Площадь мелиорируе |
|
|
||
|
ности соору |
Класс капиталь |
||||
|
жений |
мых земель, обслужи |
||||
Сооружения |
|
|
ваемая сооружением, |
ности сооружений |
||
основ |
второ |
тыс. |
га |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
|
ных |
степен |
|
Осуше основ второсте |
||
|
|
ных |
Орошение |
|||
|
|
|
ние |
ных |
пенных |
|
Оградительные |
п |
IV |
|
|
|
|
Причальные |
ш |
>400 |
|
п |
ш |
|
Берегоукрепительные |
|
|
>50 |
|||
— |
IV |
50н-400 |
ш |
IV |
||
(портовые) |
<50 |
<50 |
IV |
IV |
||
|
|
|
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
тельности углекислый газ, разрушают бетон, |
болянусы («мор |
ские желуди») — защищают. Многие виды |
микроорганизмов |
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