Введение к работе
Актуальность темы. Одним из средств снижения стоимости и повышения надежности противофильтрационных конструкций гидротехнических сооружений,в полной мере отвечающих современным требованиям строительства, является применение асфальтовых противофильтрационных элементов.
Большой вклад в дело использования и научного обеспечения строительства с применением асфальтовых материалов в нашей стране внесли П.Д.Глебов, С.Н.Попченко, Н.Ф.Щавелев, М.Г.Старицкий, Н.С.Покровский, Ю.Н.Касаткин, Л.Н.Рассказов, Г.К.Синью, Н.З.Стабников, А.В.Руденский, А.А.Иноземцев, В.А.Золоторев,Ю.КЛданов,Г.З.Борисов,А.М.Богуславский,Н.В. Королев,Л.Б.Гезенцвей,И.А.Рыбьев,Н.Н.Иванов,Н.В.Михайлов, Н.В.Горелышев, за рубежом - З.Ф.Зан Асбек, Э.Шониан, С.Ф. Рихтер, СКратоцвил,М.Вотруба,Т.Тацуо,И.Иосиаки,Р.Девис, А. Вейл,АоКоллис,В.Шобер,И.ЛеннартД.СтеффанДЛаас,Х.Брехт, Х.іііваб, Р.Солеман,Д.Давин,А.Фейнер,Р.ДитерДЛинк,Ф.Цитшер и другие специалисты.
В нашей стране построено несколько достаточно сложных в инженерном плане сооружений с асфальтовыми противофильт-рационными конструкциями. Среди них следует назвать плотины Богучанской (строящаяся), Братской, Мамаканской, Камской, ^вирской ГЭС, плотину Андижанского водохранилища и ряд других. Наиболее интересными из зарубежных объектов нам представляются плотины в г.Гонконге Хай Айленд (западная высотой 101 м, восточная - 109 м), Чулак (Гватемала-160 м), Нінстерталь (Австрия-92 м), Смит Маунтин (США-72 м),Широяма 'Япония-75,5 м) и другие.
3 проблеме внедрения в гидротехническое строительстве юфальтовых противофильтрационных конструкций имеются свои [ереченные вопросы. В частности,у многих специалистов вызы-іает опасение надежность сравнительно тонких асфальтовых инструкций в процессе строительства и эксплуатации.Недоста-очно исследованными являются долговечность гидротехнических
асфальтовых материалов и их; реологические свойства, недостаточно разработаны методы инженерного расчета асфальтовых конструкций с учетом их упруго-вязко-пластических свойств.
Основываясь на изложенных соображениях, мы определили главные направления своих исследований. Результаты этих исследований и анализ практического опыта строительства составляют суть и содержание данной диссертационной.работы.
Актуальность работы определяется необходимостью как научного обоснования проектирования и строительства асфальтовых противофильтрационных конструкций для защиты высоконапорных грунтовых и бетонных гидротехнических сооружений, так и разработкой и развитием общих основ механики асфальтовых материалов.
Использование асфальтовых конструкций в гидротехническом строительстве позволяет удешевить строительство, сократить трудозатраты, уменьшить сроки возведения сооружения, осуществить ряд мероприятий по охране окружающей среды.
Настоящая диссертационная работа связана с выполнением исследований ряда заданий по следующим проблемам государственных научно-технических программ, в которых автор диссертации был ответственным исполнителем: так,в 1971-1975 гг„ исследования проводились по заданию 001282 проблемы OOI275; в 1976-1980 гг. по заданию 0602НЗ проблемы 0010; в I98I-I985 гг. по заданию 0302С4 проблемы 05503; в. 1986-1990 гг» по заданию 0402HI проблемы 05508.
Целью работы является разработка методов и рекомендаций, направленных на повышение уровня и эффективности научного и экспериментального обоснования применения асфальтовых материалов в противофильтрационных конструкциях, проектирования и строительства гидротехнических сооружений с асфальтовыми конструкциями, обеспечивающими надлежащую надежность объектов, уменьшение стоимости и сроков строительстве
В соответствии с указанной целью решались задачи:
- анализ отечественного и зарубежного опыта применения асфальтовых конструкций в гидротехнических сооружениях;
исследование реологических свойств асфальтовых материалов и установление их механической и математической моделей;
исследование длительной прочности и долговечности асфальтовых материалов;
исследование влияния упругого сопротивления среди на величину коэффициента бокового давления асфальтовых материалов;
формулирование основных положений механики асфальтовых материалов;
разработка методов инженерного расчета асфальтовых конструкций на основные, временные длительные и кратковременные нагрузки и воздействия;
исследование теплогидроизоляции бетонных гидротехнических сооружений в зоне переменных уровней воды;
крупномасштабные исследования асфальтовых противо-фильтрационных конструкций;
разработка новых предложений по применению асфальтовых материалов в гидротехническом строительстве.
Состав и методы исследований. Выполненный комплекс исследований включает: изучение реологических, физико-механических и теплофизических свойств асфальтовых материалов, характера взаимодействия их с ограждающими конструкциями в бетонных и грунтом в грунтовых сооружениях; разработку методики определения коэффициента бокового давления асфальтового материала; методики проектирования асфальтовых конструкций, а также рекомендаций и требований по обеспечению их надежности для включения в нормативно-методические документы.
При проведении исследований использовались как известные, так и оригинальные методики испытаний асфальтовых материалов, в том числе: крупномасштабные опыты, теоретические, расчетные и модельные исследования; выполнялись научное обобщение и статистический анализ полученных результа-
тов.
Научная новизна представлена
анализом тенденций развития применения асфальтовых материалов в гидротехнических сооружениях;
механическими и математическими моделями, связывающими напряжения, деформации и время в широком диапазоне изменения температур и напряжений;
исследованиями длительной прочности и долговечности асфальтовых материалов;
формулированием основных положений механики асфальтовых материалов;
аналитическими методами расчета асфальтовых противо-ильтрационных конструкций с учетом упруго-вязко-пластических свойств асфальтовых материалов;
обоснованиями необходимой протяженности контура уплотнения с учетом обходной фильтрации (методом ЭГДА);
исследованиями и рекомендациями по оптимальному расположению и количеству электронагревателей в асфальтовом уплотнении с учетом различной конфигурации его поперечного сечения (методом ЭТА);
результатами обширного экспериментального комплекса исследований, подтверждающих основные расчетные положения;
новыми направлениями использования асфальтовых материалов в гидротехнических сооружениях.
Практическое значение работы заключается в том, что на основании результатов многолетних исследований можно выполнить оценку напряженно-деформированного состояния различных асфальтовых поотивофильтрационных конструкций, установить их надежность и долговечность, назначить технологию проведения строительных и ремонтных работ в зависимости от типа сооружения и характера эксплуатации.
Внедрение результатов исследований осуществлялось
при обосновании и строительстве асфальтовой диафрагмы плотины Богучанской ГЭС;
при обосновании и строительстве асфальтобетонного экрана на сооружениях технического назначения Новококандского химического завода;
при устройстве теплогидроизоляции на отводящем канале Зилюйской ГЭС-2;
на опытном крупномасштабном блоке при исследовании противофильтрационного экрана в условиях строительства плотины Андижанского водохранилища и на самой плотине при устройстве асфальтовых уплотнений деформационных швов;
ин-том Гидропроект и его отделениями при обосновании плотин из грунтовых материалов с асфальтовыми противофильт-рационными элементами - диафрагмами для следующих гидроузлов: Тельмамского, Богучанского, Усть-Среднеканского, Вилюй-ского, Нижне-Бурейского, Мокского;
при восстановлении водонепроницаемости деформационных швов в судоходных шлюзах Волго-Балтийского водного пути в г.Вытегре;
- при сооружении судоходного шлюза в г.їїексне;
при ремонтно-восстановительных работах на системе техводоснабжения Ровенской АЭС;
при строительстве насосной станции канала Днепр-Ин-гулец;
при составлении нормативных документов: раздел СНиП 2.06.06-35 "Плотины бетонные и железобетонные"; П-05-82 ЗНИЙГ им.Б.Е.Зеденеева "Руководство по проектированию и устройству гидроизоляции, теплоизоляции и деформационных швов" к главе СНиП П-54-77; П-20-35 ЗНИИГ им.Б^Е.Веденеева "Руководство по проектированию и устройству асфальтобетонных протквофильтрационных элементов в грунтовых гидротехнических сооружениях"; ВСЯ 30-83 Минэнерго СССР "Инструкция по проектированию гидротехнических сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов";
при создании новых прогрессивных элементов конструкций из асфатьтовых материалов (многие из предложенных реше-
ний защищены 15 авторскими свидетельствами на изобретения);
- при оказании помощи строительным и проектным организациям в обосновании проектов плотин с асфальтовыми проти-вофильтрационными конструкциями.
Фактический экономический эффект от внедрения результатов исследований, в которых автор был ответственным исполнителем и принимал непосредственное участие, по неполным данным составил свыше 500 тыс.рублей.
Апробация работы. Отдельные результаты исследований автора рассматривались на Ученом Совете ВНИИ Г им.Б.Е.Ведене. ева и его секциях, на научно-техническом совещании по гидро тезнйческому строительству в районах Крайнего Севера (Красноярск, І97бг.); Ш Всесоюзном совещании по применению полимеров в гидротехническом строительстве (Нарва, 1979 г.); Всесоюзном совещании СГС-8І (Красноярск, 1981 г.); научно-техническом совещании "Технология и механизация гидроизоляционных работ промышленных, гражданских и энергетических сооружений" (Ленинград, 1982 г.); Всесоюзном научно-техническом совещании "Инженерное мерзлотоведение в гидротехнике" ИМГТ-88 (Москва, 1989 г.); Всесоюзном научно-техническої совещании"Лед-87"(Архангельск, 1987 г.); Всесоюзном научно-техническом совещании по проблемам гидротехники (Саяногорск 1988 г.); Всесоюзном научно-техническом совещании "Негрунтовые противофильтрационные конструкции и гидроизоляция энергетических сооружений" (Ленинград, 1989 г.); координационных совещаниях по гидротехнике (Братск, 1975 г.; Красноярск, 1977 г<); на технической учебе в институтах "Гидропроект" (Москва, Ленинград, Ташкент) с докладом "Асфальтовые противофильтрационные конструкции гидротехнических сооружений"; в институтах "Зодоканалпроект" (Харьков); Союзгипрово, хоз (Москва), Укргипроводхоз (Киев) с докладами по уплотнению деформационных швов, асфальтобетонным экранам и диафрагмам.
Диссертационная работа прошла апробацию в институтах Ленгидропроект им.С.Я.Іука (ведущая организация), Гидропроект (Москва), Оргэнергострой (Москва), СибВНИИГ (Красноярсі
Петербургском Государственном техническом университете (гидротехнический факультет), МИСИ им.В.В.Куйбышева, ВНИИВод-ГЭО.
Личный вклад автора определяется тем, что им, одним из первых в нашей стране, научно обоснованы методы проектирования асфальтовых конструкций гидросооружений и проведен ряд важных, в том числе крупномасштабных и лабораторных, оригинальных исследований, результаты которых внедрены при научном обосновании проектирования ряда крупных гидроузлов.
Зо всех опубликованных в соавторстве работах автору принадлежат основные идеи обеспечения необходимой информативности и обоснования экспериментальных исследований; научное руководство и непосредственное участие в экспериментальных, расчетных и теоретических исследованиях; обобщение полученных результатов, формулирование выводов и разработка рекомендаций.
Экспериментальные исследования, а также некоторые теоретические и расчетные разработки совместно с автором выполняли сотрудники ВНИИГа и институтов Оргэнергострой и Гидропроект.
Основные положения и выводы по диссертации получены лично автором и при его непосредственном участии.
В проведении лабораторных и крупномасштабных исследований, расчетов, а также во внедрении участвовали Н.Ф.Щавелев, В.Н.іиленков, А.З.Стулькевич, 3.И.Хорьков, Ю.Н.Касаткин, Г.А.Давиденко, Г.Ю.Таибов и ряд других сотрудников, которым автор выражает свою признательность за помощь.
На защиту выносятся следующие положения:
анализ обобщения опыта строительства асфальтовых конструкций и основных тенденций их развития;
методика и результаты экспериментальных исследований по определению реологических свойств и долговечности асфальтовых материалов, а также формулировка основных положений механики асфальтовых материалов;
методика инженерного расчета асфальтовых противофильт-рационных конструкций (экраны и диафрагмы) на основные, вре-
8 менные длительные и кратковременные нагрузки и воздействия;
методика расчета асфальтовых уплотнений деформационных ивов;
методика расчета и результаты экспериментальных исследований асфальтовой теплогидроизоляции бетонных сооружений в переменном горизонте воды;
методика и определение протяженности контура уплотнения с учетом обходной фильтрации;
методика и определение оптимального расположения электронагревателей с учетом конфигурации поперечного сечения асфальтового уплотнения;
методика расчета процессов заливки асфальтового материала непосредственно под воду без снятия напора с сооружения при восстановлении фильтрующих гидросооружений;
методика и результаты крупномасштабных исследований на опытных бетонных фрагментах и грунтовых насыпях;
новые предложения по применению асфальтовых материаг лов в гидротехническом строительстве.
Публикации. По теме диссертации имеется 59 печатных трудов, в том числе: 2 брошюры, 4 нормативных документа, и 15 авторских свидетельств на изобретения.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, десяти глав, общих выводов, списка использованной литературы из 278 наименований и 17 приложений. Диссертация изложена на страницах, включая страниц машинописного текста, страниц с таблицами, рисунков и страниц со списком литературы.
