Головной гидроузел с каменно-земляной плотиной и водосбросным сооружением (стр. 10 )

3.1.1 Физико-механические характеристики укатанного и обычного бетонов

Физико-механические характеристики УБ всех типов зависят от содержания его компонентов, величины которых изменяются в широких пределах, как видно из табл.1.1, полученной по данным смесей УБ в 150 плотинах на 1997 г.

Содержания компонентов смесей УБ в 150 плотинах (1997 г)

Содержание компонентов	УБ-1	УБ-2	УБ-3	УБ-4
Цемент, кг/м3: Среднее Максимальное Минимальное	63 95 0	63 125 0	83 154 46	88 96 42
Пуццоланы, кг/м3: Среднее Максимальное Минимальное	13 90 0	57 130 0	111 225 40	35 78 24
Вода, л/м3: Среднее Максимальное Минимальное	121 168 87	115 145 95	101 136 73	95 110 75
Пуццоланы/вяжущие:	0,17	0,48	0,57	0,28
Водоцементное отношение:	1,59	0,96	0,52	0,77

Анализ физико-механических характеристик УБ выполнен по данным испытаний образцов УБ ряда построенных плотин из УБ, приготовленных из одинаковых компонентов, что исключает влияние различных местных материалов и условий. Это сравнение позволит на стадии проектирования плотин более обоснованно принимать физико-механические характеристики УБ до проведения полевых испытаний УБ.

Время перекрытия швов УБ и их обработка

Тип УБ	Свежий шов	Полухолодный шов	Холодный шов
УБ-1: Пределы перекрытия, град. /час Обработка шва Укладка слоя цементного раствора	<100 град. /час Очистка пылесосом Нет	100-250 град. /час Очистка пылесосом Около напорной грани	>250 град. /час Промывка водой По всей поверхности
УБ-2: Пределы перекрытия, град. /час Обработка шва Укладка слоя цементного раствора	<200 град. /час Очистка пылесосом Нет	200-500 град. /час Промывка водой Около напорной грани	>500 град. /час Срезка всей поверхности По всей поверхности
УБ-3: Пределы перекрытия, град. /час Обработка шва Укладка слоя цементного раствора	<300 град. /час Очистка пылесосом Нет	300-800 град. /час Промывка водой Нет	>800 град. /час Срезка всей поверхности По всей поверхности
УБ-4: Пределы перекрытия, град. /час Обработка шва Укладка слоя цементного раствора	Не иcпользуют Нет Нет	Не иcпользуют Нет Нет	Швы обрабатывают как холодные Срезка всей поверхности По всей поверхности

На основе анализа натурных данных поведения швов УБ в Бюллетене N 125 (2003) Международной комиссии по большим плотинам даны пределы времени перекрытия швов (град. С/час) и рекомендации по их обработке, включая укладку подстилающего слоя цементного раствора (табл.1.2).

3.1.2 Основные факторы, влияющие на прочность на сдвиг в швах УБ

Влияние возраста УБ на сцепление и трение в швах

На рис.1.1 показано влияние возраста УБ (в сутках) на сцепление С (МПа) и угол внутреннего трения ц в швах УБ при низком и высоком расходе вяжущих (УБ-1 и 2), среднем содержании пуццоланов в вяжущих 25% и времени перекрытия швов от 80 до 500 град. /час (без применения замедлителей схватывания). Влияние времени перекрытия швов на их сцепление и трение

На рис.1.2 показано влияние времени перекрытия швов УБ на сцепление и трение в них при низком и высоком расходе вяжущих (УБ-1 и 2,3), среднем содержании пуццоланов в вяжущих, равном 25%, и без применения замедлителей схватывания, увеличивающих время перекрытия швов.

C (МПа) φ (град)

Рис.1.1 Зависимость сцепления С и трения φ в швах УБ от времени Т (дни) при высоком и низком расходе вяжущих (Ц + З): 1 - зависимость φ при высоком (Ц + З); 2 - то же при низком (Ц + З); 3 - зависимость С при высоком (Ц + З); 4 - то же при низком (Ц + З)

C (МПа) φ (град)

Рис.1.2 Влияние времени перекрытия швов УБ (град. С/час) на сцепление С, МПа (сплошные линии) и угол внутреннего трения, φ град. (пунктир) в швах при низком и высоком расходе вяжущих

Анализ обширных опытных данных и зависимостей рис.1.2 позволил сделать следующие важные выводы:

1. Угол внутреннего трения в шве УБ практически не зависит от расхода вяжущих, в том числе пуццоланов, времени перекрытия швов и возраста УБ, а зависит в основном от типа заполнителя (прочности частиц породы и их формы).

2. Сцепление в шве УБ практически прямо пропорционально расходу вяжущих при данном типе заполнителей.

3. Сцепление в шве УБ возрастает во времени подобно росту прочности самого УБ на сжатие.

4. Сцепление и в меньшей степени трение в шве начинают снижаться с началом гидратации вяжущих (без замедлителей схватывания) на поверхности шва и спустя 80 град. /час (или 4 часа при температуре УБ 20о) сцепление в шве при высоком и низком расходе вяжущих снизится примерно вдвое, если этот шов не будет перекрыт свежим слоем УБ.

5. В слое УБ, перекрытом через 80 град-час свежим слоем УБ, снижение сцепление в шве происходит медленно вплоть до 600 град. /час.

6. Предельное время перекрытия шва, равное 80 град. /час, может быть увеличено до 200 град. /час за счет применения замедлителей схватывания или высокого содержания золы-уноса, т. е. перехода на УБ 3-го типа.

Условия подготовки поверхности швов УБ могут быть следующими: естественное просушивание свежей или мокрой поверхности (SSD), продувка воздухом, очистка щетками, поврежденная поверхность, нетронутая поверхность и обработка подстилающим слоем цементного раствора (bedding mix) толщиной 1-2 см.

Трение в шве УБ практически не зависит ни от каких факторов, кроме типа заполнителя, согласно опытным данным по УБ плотины Миель-1.

Согласно этим же данным сцепление в шве прямо пропорционально расходу вяжущих (после его порогового значения в 30-40 кг/м3) и оно повышается с сокращением времени перекрытия шва и, особенно, при применении замедлителя схватывания. Применение подстилающего слоя цементного раствора даже при больших сроках перекрытия шва (до 1200 град. /час) позволяет достичь максимального сцепления в нем близкого к сцеплению УБ между швами.

В проектах плотин из УБ используют уменьшенное на коэффициент запаса пиковое значение прочности УБ на сдвиг, при котором сцепление в швах УБ исчерпывается, и возникают микроподвижки по шву. Обычно при проектировании плотин используют пиковые значения прочности УБ на сдвиг и угла внутреннего трения, и сопротивление плотины на сдвиг должно превышать сдвигающую нагрузку с расчетным коэффициентом запаса. Поэтому целесообразно определять остаточное или кажущее сцепление и трение в шве, которые остаются после возникновения скольжения по шву. Тогда эти значения могут быть использованы в расчетах устойчивости плотины на сдвиг и если ее коэффициент запаса на сдвиг больше 1,0, то плотина считается устойчивой, что соответствует реальному предельному состоянию.

Расчетные напряжения в плотине из УБ не должны превышать предельные значения, соответствующие началу раскрытия швов, а устойчивость плотины на сдвиг должна быть обеспечена даже при отсутствии сцепления в швах, т. е. при "холодных" швах.

При проектировании плотин из УБ разного типа можно использовать средние параметры прочности, деформируемости и водопроницаемости УБ и параметры прочности на сдвиг швов УБ, данные в Бюллетене Международной комиссии по большим плотинам (табл.1.3).

Параметры прочности, деформируемости и водопроницаемости УБ.

Табл. 1.3

Параметры	УБ-1	УБ-2	УБ-3	УБ-4
Прочность на сжатие УБ (МПа), диапазон: среднее значение:	5 - 15 11,6	10 - 25 15,2	15 - 30 20,7	12 - 25 17,3
Прочность на растяжение шва, МПа, диапазон: среднее значение:	0 - 0,7 0,35	0,3 - 1,0 0,7	0,8 - 1,8 1,35	0,8 - 1,8 1,3
Сцепление в шве, МПа, диапазон: среднее значение:	0 - 1,5 0,7	0,5 - 1,8 0,9	1,0 - 4,0 1,9	1,5 - 4,0 2,4
Модуль упругости УБ, (103х МПа)	10 - 20	15 -25	20 - 25	20 - 25
Водопроницаемость, м/с	10-4 - 10-5	10-5 - 10-8	10-7-10-12	10-8 - 10-9

Как показывают испытания блоков УБ других плотин с различным расходом вяжущих, состоянием и обработкой швов, сроком их перекрытия, боковой нагрузкой и возрастом блоков, при сдвиге швов остаточное сцепление в них падает до малых значений (до 10% от пиковых), но остаточное трение в них остается на уровне 90% пиковых значений

3.1.3 Современное состояние строительства плотин из укатанного бетона в мире

Метод строительства плотин из укатанного бетона (УБ) в мировой практике плотино-строения получил распространение с начала 1980 г. Этому значительно способствовали созданные ранее мощные строительные машины для возведения грунтовых плотин, необходимость снятия ограничений по темпам строительства бетонных плотин из условий предельно-допустимых температурных напряжений в плотине, а также необходимость удешевления и ускорения строительства. Метод строительства плотин из УБ полностью отвечает этим требованиям: технология возведения этих плотин приближается к технологии возведения грунтовых плотин. УБ укладывается в плотину с помощью практически тех же механизмов, которые используют на строительстве грунтовых плотин: доставка УБ осуществляется ленточными конвейерами или самосвалами, разравнивание - бульдозерами, уплотнение - виброкатками.