Введение к работе
Настоящий доклад является изложением основных результатов натурных наблюдений и исследований на строительстве Красноярской, Зейской и Кировской плотин, выполненных под руководством и при непосредственном участии автора в 1961 — 1986 гг. в Сибирском филиале ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева и опубликованных в монографиях, статьях и докладах.
При анализе использовались также некоторые материалы специальных натурных исследований, выполненных сотрудниками филиала на строительствах Усть-Илимской и Саяно-Шу-шенской ГЭС под научным руководством автора.
Актуальность рассматриваемой проблемы вытекает из перспектив преимущественного гидротехнического строительства в районах с суровыми климатическими условиями в соответствии с энергетической программой СССР, которой предусматривается возведение гидроузлов и с высокими бетонными плотинами. Большие объемы бетона и массивного железобетона предстоит уложить в гидроузлах с грунтовыми плотинами.
Большое влияние на состояние и поведение таких сооружений оказывают так называемые технологические напряжения, возникающие в бетонных массивах в строительно-пусковой период. Они могут превышать по своему значению напряжения от силовых воздействий во время постоянной эксплуатации, приводить к образованию трещин, раскрытию швов и, как следствие, снижению надежности сооружения. С другой стороны, целенаправленным перераспределением напряжений в бетонных массивах с помощью технологических приемов может быть повышена надежность, долговечность, снижена материалоемкость, а следовательно, создано более экономичное сооружение.
Несмотря на известные успехи математического моделирования и лабораторного эксперимента, в решении указанных проблем решающая роль по-прежнему остается за натурными исследованиями. Кроме того, для повышения точности прогнозных расчетов необходимо использовать полученные в натурных условиях физико-механические, теплофизические характеристики материала плотины и основания, исходные данные, граничные условия и т. п.
Значительные успехи в области натурных исследований бетонных гидротехнических сооружений связаны с именами
Н. Н. Давиденкова, Ю. А. Нилендера, С. Я. Эйдельмана. В дальнейшем развитии их участвовали Е. Л. Будников, М. И. Гогоберидзе, В. Н. Дурчева, А. Н. Марчук, Л. И. Малышев, Д. Б. Радкевич, С. Б. Ухов, А. И. Царев, Н. И. Чалый, В. П. Шкарин и многие другие. Большой вклад в решение задач теплового и термонапряженного состояния массивных элементов бетонных плотин, способов оценки трещиностойкости конструкций внесли С. В. Александровский, А. 3. Басевич, А. В. Белов, П. И. Васильев, Л. М. Гаркун, К. И. Дзюба, И. Д. Запорожец, М. С. Ламкин, К. А. Мальцев, В. Г. Орехов, Н. С. Розанов, Л. П. Трапезников, С. А. Фрид, А. А. Храпков, Г. И. Чилин-гаришвили, А. В. Швецов и др.
Полученные и использованные указанными авторами материалы натурных исследований относились, в основном, к периоду постоянной эксплуатации бетонных плотин. Теоретические и экспериментальные исследования 50—70-х гг. касались в большинстве случаев отдельных вопросов, и поэтому возникали естественные затруднения их приложения к практическим задачам возведения бетонных сооружений вследствие большого разнообразия граничных условий, многофакторности воздействий, изменения во времени расчетной области н т. д.
Зарубежный опыт 50—60-х гг. относился к существенно более мягким климатическим условиям; преобладала секционная разрезка на блоки бетонирования. В качестве основных мер по борьбе с температурным трещинообразованием использовались низкотермичные цементы, глубокое охлаждение бетонной смеси, ограничение блоков по высоте, сезонное бетонирование.
С началом строительства высоких бетонных плотин в Сибири необходимо было разработать обоснованный, экономически целесообразный применительно к условиям сурового климата комплекс мероприятий по регулированию температурного режима и напряженного состояния массивного бетона.
Разработка, обоснование и внедрение рациональных способов решения этой сложной проблемы, имеющей важное народнохозяйственное значение, является темой данной диссертации.
Цели и задачи работы. Снижение трудоемкости и стоимости возведения бетонных плотин, сокращение сроков строительства при сохранении высокой надежности и долговечности их в условиях сурового климата за счет рационального использования всего комплекса конструктивных и технологических мероприятий по борьбе с опасным трещинообразованием, а также направленного регулирования напряженного состояния бетонных массивов. Указанные задачи могли быть решены в условиях натурных экспериментов на ряде объектов с привлечением самых современных методов расчетов тепловых полей, напряженно-деформированного состояния бетонных массивов.
Основные научные результаты и рекомендации, личный вклад автора:
автором впервые организованы и проведены специальные комплексные натурные исследования регулирования температурного режима и напряженного состояния массивного бетона плотины Красноярской ГЭС в строительно-пусковой период. Им же подобные исследования были продолжены на плотинах Зейского и Кировского гидроузлов с организацией соответствующих групп постоянно присутствующих на объектах и активно участвующих в строительном производстве;
непосредственно в блоках бетонирования проведен целый ряд оригинальных исследований по установлению важных для повышения точности расчетов плотин характеристик бетона и основания (деформативность основания, модуль деформаций замороженного бетона, тепловыделение цемента в бетоне, степени защемления прискальных блоков и т. д.);
обстоятельные наблюдения за трещинообразованием в блоках, условиями возникновения и распространения трещин, поведением трещин в эксплуатируемом сооружении позволили обосновать и детализировать требования к температурному режиму блоков в зависимости от их плановых размеров, марок бетона, интенсивности возведения столбов применительно к условиям сурового климата, а также показать возможность допущения в некоторых зонах гравитационных и массивио-контрфорсных плотин ограниченного по своим параметрам и контролируемого трещннообразования;
проведен детальный анализ традиционного комплекса мер по защите бетонных массивов от трещннообразования; выявлен целый ряд возможностей, позволяющих эффективно использовать трубное охлаждение, опалубки с различными теплозащитными свойствами, регулирование температуры бетонной смеси, воды-хладоносителя с естественной температурой, разрезки на блоки бетонирования по высоте в сочетании с длительностью перерывов в укладке смежных по высоте блоков, применение цементов с оптимальным для условий сурового климата тепловыделением и т. д.;
автором предложены новый способ регулирования напряженного состояния напорной грани плотины с расширенными швами омоноличивания столбов и метод улучшения напряженного состояния в контактных зонах, позволяющий локализовать трещины, контактные швы при переходе от столбов к длинным блокам, отказаться от излишнего расхода арматуры на устройство поясов в местах предполагаемого распространения или появления опасных сквозных трещин;
под руководством автора проведено обоснование и при его участии осуществлено внедрение целого ряда способов управления напряженным состоянием бетонных плотин, которые позволили в ходе строительства улучшить их напряженно-де-
формированное состояние, компенсировать влияние ослабления профиля, вызванного его штраблением, повышать морозостойкость и кавитационную стойкость отдельных элементов и т. п. Создание надежного и долговечного сооружения с использованием мероприятий по направленному регулированию его напряженного состояния требует постановки хорошо организованных и оснащенных натурных наблюдений и исследований.
Доклад содержит изложение и обобщение материалов, являющихся личным вкладом автора в работы, в проведении которых участвовали сотрудники Сибирского филиала ВНИИГ (защитившие кандидатские диссертации под руководством автора или при его консультациях) к. т. н. Гаркун Л. М., к. т. и. Сильницкий В. И., к. т. н. Старшинов С. Н., к. т. н. Идель-сон В. Б., а также сотрудники КрасноярскГЭСстроя — к. т. н. Долматов А. П., инж. Павлов В. Л.
Большую практическую помощь в проведении натурных исследований оказали работники ЛО Гидропроекта им. С. Я. Жука, КрасноярскГЭСстроя, ЗеяГЭСстроя и СУ Кировской плотины.
Практическая ценность и внедрение результатов. Результаты натурных исследований автора служили технической основой для составления на стадии проектирования «Технологических правил на производство бетонных работ» и последующего их уточнения, оперативно внедрялись в процессе строительства перечисленных выше плотин, способствовали возведению монолитных и надежных в эксплуатации сооружений. Получена существенная экономия средств на регулировании температуры массивного бетона и его теплозащите. Экономический эффект от использования рекомендаций автора был получен на строительствах:
Красноярской ГЭС (более 3 млн. руб.),
Зейской ГЭС (более 2 млн. руб.),
Кировского гидроузла (более 1,5 млн. руб.).
Была также значительно увеличена выработка электроэнергии в строительно-пусковой период за счет увеличения напора при обжатой напорной грани плотины на Зейской и Саяно-Шушен-ской ГЭС.
Материалы работы использованы при составлении «Инструкции по проектированию гидротехнических сооружений в районах распространения вечномерзлых грунтов» ВСН-30-83, «Правил производства бетонных работ при возведении гидротехнических сооружений» ВСН 31-83, СНиП Н-56-77.
В результате выполнения работы получено инженерное обоснование комплекса конструктивных и технологических мероприятий по регулированию температурного и напряженно-деформированного состояния бетонных столбчатых массивов плотин в условиях сурового климата. Тем самым внесен существенный вклад в решение важной народнохозяйственной задачи
ускоренного возведения Экономичных и долговечных массивных бетонных сооружений в наиболее перспективных районах строительства энергетических объектов.
Рекомендации автора могут быть использованы при строительстве монолитных массивных бетонных сооружений и в других отраслях народного хозяйства.
Предмет защиты — разработанные в итоге обобщения и анализа многолетних специальных натурных исследований автора научные положения и рекомендации, на основе которых сформулирован состав экономически целесообразного комплекса мер по теплозащите бетона, обеспечению монолитности, регулированию напряженного состояния бетонных массивов плотин в условиях сурового климата.
Апробация работы. Основные положения работы доложены в 1968 г. на XI тематическом координационном совещании по натурным исследованиям (г. Ленинград), в 1969 г. на VI совещании-семинаре по обмену опытом строительства в суровых климатических условиях (г. Красноярск), в 1973 г. на XII координационном совещании по проблемам натурных исследований (г. Зугдиди), в 1974 г. на II координационном совещании по термине бетонных сооружений (г. Нарва), в 1975 г. на Международном конгрессе по зимнему бетонированию (г. Москва), в 1980 г. на совещании по гидротехнике на Крайнем Севере (г. Красноярск), в 1982 г. на Международном конгрессе по большим плотинам (г. Рио-де-Жанейро); материалы доклада неоднократно обсуждались на расширенных заседаниях кафедр Гидротехнического факультета ЛПИ им. М. И. Калинина, НИСИ им. В. В. Куйбышева, секции бетонных и железобетонных сооружений Ученого Совета ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева.
Основное содержание работы отражено в ПО печатных трудах, из которых книг — 2, брошюр — 1, авторских свидетельств — 1.
