Температурные и конструктивные швы и их уплотнения

Как, было ранее  ука­зано, плотина разрезается по длине постоянными темпера­турными и конструктивными (осадочными) швами, нередко совмещаемыми друг с другом. Эти швы, как правило, располагаются на равных расстояниях по длине плотины, зависящих от климатиче­ских условий и температурного режима плотины в период эксплуа­тации, обычно от 7-8 до 15-20 м. Расположение швов увязыва­ется со строительными условиями и расположением отверстий в плотине (не перерезать отверстий), а также с разрезкой на блоки бетонирования.

Ширина раскрытия температурного шва назначается от 1 до 10 мм в соответствии с расчетом. При этом учитывают, что при самой высокой температуре среды шов замкнется (просвет шва исчезнет), а при самой низкой он максимально раскроется; по­скольку годовые колебания температуры в наших условиях прони­кают внутрь бетонного массива на 4-6 м, шов должен перерезать плотину насквозь от гребня вниз до толщины ее 10-15 м. При большей толщине плотины внутри ее тела на расстоянии 5-6 мот граней образуется ядро с температурой, равной среднегодовой многолетней температуре воздуха для данной местности. Однако часто швы делают сквозными на всю высоту плотины, что вызыва­ется и производственными условиями. Ширина раскрытия швов плотины на нескальных основаниях больше (до 15-20 мм) ввиду того, что деформации секций значительно больше (например, осад­ка до 20-25 см, возможны перекосы и т. п.).

Чаще всего применяют плоские по форме швы (рис. 8.31), при которых секции плотины работают и деформируются независимо одна от другой. Это создает статическую определенность работы плотины и облегчает беспрепятственный отвод воды, которая, не­смотря на специальные меры, могла бы просочиться в шов.

Реже применяют швы штрабные, или, как их иногда называют, «шарнирные», которые позволяют передавать касательные усилия от одной секции к другой, что несколько разгружает более нагру­женные секции. Однако применение штрабных швов следует каж­дый раз обосновывать специальным анализом (они эффективны главным образом на склоновых частях створа). Эти швы ухудшают отвод воды, просочившейся из верхнего бьефа через уплотнения швов, а кроме того, в местах их изломов иногда появляются трещи­ны в бетоне.

Конструктивно шов должен быть водонепроницаемым при всех возможных деформациях секций сооружения, в том числе усадоч­ных. Это достигается устройством уплотнений, которые должны за­щищать шов также от воздействия волн и льда и от всякого рода засорений. Уплотнения располагаются по граням плотины и внутри нее вдоль полостей.

Общая схема расположения уплотнений показана на рис. 8.31 и 8.32; она состоит из контурных уплотнений, располагаемых у наружных поверхностей плотины, или у поверхностей полостей внутри плотины и внутренних основных уплотнений. Контурные уплотнения имеют основную цель - защищать швы от воздействия льда, волн   и различных   засорений,

 Рис. 8.31 Горизонтальный разрез пло­тины на скальном  основании и типы
швов:
а - плоский;  б - штрабной;  1 - контурное уплотнение; 2 - основное   уплотнение; 3 - дополнительное   основное;    4 - дренажная и смотровая шахты

обеспечивая некоторую водо­непроницаемость шва. Полную же водонепроницаемость его должны обеспечить основные уплотнения. Б плотинах на скальных основа­ниях ограничиваются основным вертикальным уплотнением 2 (на рис. 8.31), в плотинах на нескаль­ных основаниях требуется иногда дополнительное уплотнение гори­зонтальное. Контурное уплотне­ние вокруг полостей должно обес­печить водонепроницаемость по­лости.

Уплотнения швов должны от­личаться гибкостью и сохранять водонепроницаемость при всех различных деформациях секций плотины; особенно это важно для плотин на нескальных основани­ях, деформации которых разнооб­разны и относительно больше, чем в плотинах на скальных основани­ях (главное в которых - темпера­турные деформации).

Контурные наружные уплотнения (рис. 8.33) пред­ставляют собой шпонки в виде железобетонных, бетонных или де­ревянных брусьев, плит или про­бок, резиновых лент и стальных полос (из нержавеющей стали), укладываемых в пазы на подго­товку из асфальтовых мастик или битумных матов. Контурные уп­лотнения со стороны низовой грат ни плотины защищают швы толь­ко от засорения, что достигается более простыми средствами (рис. 8.33).

Деревянные шпонки могут применяться лишь в частях плоти­ны, находящихся ниже уровня сработки верхнего бьефа. Бетонные пробки применяют на гранях сооружения с земляной засыпкой (на­пример, в устоях), три широких швах в сооружениях на нескальных основаниях

 Рис. 8.32 Расположение уплотне­ний в постоянных швах (верти­кальный разрез водосливной пло­тины на нескальном основании): 1 - контурное наружное; 2 - контурное внутреннее; 3 - основное внутреннее; 4 - дополнительное внутреннее

 Рис. 8.33. Контурные уплотнения швов (размеры в см) в случае скальных
оснований:
а - железобетонный брус (1); б - деревянный брус; в - бетонная пробка; г -рези­новое уплотнение; д - стальная плита; е, ж - обмазка поверхности шва и внутреннее основное уплотнение металлической или резиновой полосой; з - контурное уплотнение при нескальных основаниях; 1, 4 - брус; 2 - битумный мат; 3 - швы; 5 - окраска битумом; 6 - пробка; 7 - резиновая лента; 8 - уголки; 9 - стальной лист; 10 - шла­ковата; 11 - анкеры; 12 - железобетонная плита; 13 - плита-оболочка; 14 - асфаль­товая мастика
контурные уплотнения делаются    иногда в виде   железобетонной плиты.

В условиях умеренного и теплого климата иногда ограничива­ются обмазкой мастикой поверхности шва и скашиванием его кро­мок, но в этом случае основное внутреннее уплотнение шва долж­но начинаться с металлического листа или резиновой полосы.

 Рис. 8.34 Основные внутренние уплотнения швов плотин на скальных основаниях:
а - на плотине Чиньяна;  1 - железобетонная плита; 2 - битумная прокладка; 3 - анке­ры;  4 - медный лист;  5 - шахта;  б - резиновое уплотнение;    в - асфальтовая    шпонка большая и малая; 1 - шов; 2 - железобетонное корыто;   3 - асфальтовая   мастика; 4 - электрообогрев; 5 - металлический лист; 6 - конопатка

Контурные внутренние уплотнения применяют в швах смотро­вых галерей и других полостей внутри плотины. Эти уплотнения делают в виде металлических или резиновых диафрагм, аналогич­ных показанным на рис. 8.33, е и ж.

Основные внутренние уплотнения располагают на расстоянии 1,5-2 м от напорной грани плотины.

В случае скального основания их выполняют в виде металличе­ских, резиновых или пластмассовых диафрагм, а также в виде асфальтовых шпонок.

Металлические (медные или из нержавеющей стали) диафраг­мы делают обязательно с компенсаторами, допускающими дефор­мации листов уплотнения без разрыва их. Кроме приведенных выше типов металлических диафрагм (см. рис. 8.33, е) можно отме­тить диафрагмы, располагаемые в смотровых шахтах (рис. 8.34, а). Для этих диафрагм применяют низколегированные стали и спла­вы, обладающие высокой стойкостью против коррозии, или медные и латунные листы.

Резиновые профилированные ленты (рис. 8.34, б) применяют в сравнительно узких швах, располагая их так, чтобы резина под дей­ствием гидростатического давления работала главным образом на сжатие и в меньшей мере на растяжение.

Пластмассовые (из полимерных материалов) диафрагмы рас­полагают аналогично резиновым. Они представляют собой поливинилхлоридные ленты, ленты из стеклопластика, винипласта и т. д. Эти уплотнения начинают все шире внедрять в практику по мере накопления опыта и улучшения качества материала.

Асфальтовые шпонки делают в виде вертикальных колодцев в массиве бетона, заполняемых асфальтом или битумной смесью. Их снабжают приспособлением для разогрева асфальта (электриче­ским током, горячим воздухом, паром) на случай пополнения его взамен утекающего (со временем).

Из всех видов основных уплотнений наиболее надежными следу­ет считать металлические диафрагмы. Резиновые и пластмассовые уплотнения также водонепроницаемы, но долговечность их пока не совсем ясна. Асфальтовые шпонки без применения металлических листов иногда дают утечки заполнителя.

В состав конструкций постоянных швов входит обычно смотро­вая шахта (или колодец), располагаемая на небольшом расстоя­нии от уплотнений и служащая для контроля за работой уплотне­ния, для дренажа - сбора и отвода воды, просачивающейся через уплотнения, и в случае необходимости для ремонта или их замены (см. например, рис. 8.31-8,34, а). В шахте располагается стремян­ка для спуска в нее наблюдателей.

Стенки полости шва от напорной грани сооружения до смотро­вой шахты в тонких швах (до 5 мм) обрабатываются окраской би­тумом (горячим или разжиженным), в более широких швах (до 40 мм) - холодной асфальтовой штукатуркой или рулонными гид­роизоляционными материалами, асфальтовыми матами и т. п. По­лость шва от низовой грани может ничем не заполняться, за иск­лючением зоны на глубину возможного промерзания бетона, где необходимы противосколовые прокладки.