Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 8
Глава І.
1.1. Отечественный опыт строительства 19
1.2. Зарубежный опыт строительства 41
1.3. Краткие сведения об основных пленочных полимерных материалах
1.3.1. Полиэтилен 55
1.3.2. Поливинилхлорид 62
1.3.3. Бутилкаучук 65
1.3.4. Технические требования к полимерному материалу пленочных противофиль трационных конструкций 68
1.4. Анализ опыта применения полимерных пленочных противофильтрационных конструкций 71
Выводы по главе 80
Глава 2. РАСЧЕТ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПОЖМЕРНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ВОСПРИЯТИЕ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ 82
2.1. Закономерности деформирования пластмасс 82
2.2. Условия работы пленочного элемента в полимерных противофильтрационных конструкциях 98
2.3. Расчет пленочного элемента как мембраны
2.3.1. Прямоугольная мембрана III
2.3.2. Круглая мембрана 117
2.3.3. Эллиптическая мембрана 125
2.3.4. Экспериментальная проверка формул для расчета мембран, закрепленных по контуру 127
2.3.5. Испытание пленок на искусственном основании 136
2.3.6. Испытания пленок на грунтовых основаниях 140
2.3.7. К вопросу об определении размера элементарной мембраны 147
2.3.8. Работа пленочных мембран за пределом упругости 150
2.3.9. Влияние ползучести материала на работу пленочных мембран 152
2.3.10. Формула для расчета пленочного элемента как мембраны и область ее применения 156
2.4. Расчет пленочного элемента как безбалочной плиты 162
2.5. Расчет пленочного элемента на сплошном основании
2.5.1. Вывод приближенной формулы 170
2.5.2. Обоснование формулы 175
2.5.3. Область применения формулы 179
Выводы по главе 180
Глава 3. ВЛИЯНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ СООРУЖЕНИЯ НА НАПРЯЖЕННО ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПЛЕНОЧНЫХ ПОЖМЕРНЫХ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ 182
3.1. Расчет пленочных элементов при линейных вертикальных смещениях грунта 185
3.2. Экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния пленочных полос при линейных вертикальных смещениях 191
3.3. Работа пленочных полотнищ над трещиной 194
3.4. Напряженно-деформированное состояние пленочной полосы над колеей 198
3.5. Обсуждение результатов исследований 199
3.6. Определение численных значений коэффициентов трения материалов защитных слоев по
полимерным пленкам 201
Выводы по главе 206
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПШРЕІДАЕ МОСТИ ПОЖМЕРНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ 208
4.1. Анализ результатов производственных испытаний полимерных пленочных полотнищ на повреждаемость 209
4.2. Лабораторные исследования повреждаемости полимерных пленок 222
4.3. Приближенная формула для расчета сжатия тонкой пленки между двумя сферами 227
4.4. Исследование эффективности защитных прокладок 235
4.5. Повреждаемость пленочных конструкций при сварке пленочных рулонов и полотнищ 240
4.6. Повреждаемость пленочных противофильтраци-онных конструкций в эксплуатационный период 241
4.7. К вопросу о фильтрации через полимерные пленочные противофильтрационные конструкции 246 Выводы по главе 257
Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ
ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ 259
5.1. Физические условия работы пленочных проти-вофильтрационных конструкций. Постановка вопроса 259
5.2. Теории долговечности полимерных материалов 272
5.3. Методика и результаты исследований долговечности полимерных пленок в условиях плоского напряженного состояния 281
5.4. Дополнительные замечания к проблеме долговечности полимерных пленочных конструкций 290 Выводы по главе 292
Глава 6. РАЗРАБОТКА ВОПРОССВ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ
УКЛАДКИ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОН НЫХ УСТРОЙСТВ 295
6.1. Подстилающий слой 295
6.2. Защитный слой 297
6.3. Укрупнение пленочных полотнищ 303
6.4. Конструирование пленочных противофильтрационных устройств 308
6.5. Особенности укладки полимерных пленочных конструкций при отрицательных температурах 318
Выводы по главе 320
Глава 7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ ПРОТИВОФИЛЬТРАЩЮННЫХ КОНСТРУКЦИЙ 322
Выводы по главе 330
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 332
ИСПОЛЬЗШАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 337
Приложение I. Перечень построенных гидротехнических сооружений с полимерными пленочными противофильтрационными конструкциями 379
Приложение 2. Акт приемки-сдачи и внедрения выполненной НИР С"Исследование вопросов устройства полиэтиленового экрана перемычки Хантайской ГЭС") 400
Приложение 3. Акт приемки-сдачи и внедрения выполненной по договору НИР ("Разработка гидроизоляции подземного контура главного корпуса
Смоленской АЭС") 402
Приложение 4. Акт приемки и оценки научно-исследовательской работы (или ее законченного этапа), выполненной в соответствии с тематическим планом ВНИЙГ на 1973 год (шифр НИР
0.01.282 ж 5) 404
Приложение 5. Акт внедрения от 15 февраля 1974 года, пос. Днестровск (изобретение по а.с.383778) 405
Приложение б. Акт внедрения от б августа 1974 года, г.Шгадан (изобретение по а.с.383778) 407
Приложение 7. Акт приемки и оценки научно-исследовательской работы (или ее законченного этапа), выполненной в соответствии с тематическим планом ВНИИГ на 1974 год (шифр НИР
(0.01.282 ж 5) 408
Приложение 8. Письмо треста і 40 " Огроймеханизация" Главзапстроя Минстроя СССР на имя зам. директора ВНИИГ 410
Приложение 9. Акт приемки и оценки научно-исследовательской работы (или ее законченного этапа), выполненной в соответствии с тематическим планом ВНИИГ на 1978 год (шифр НИР
00І0509НІ бб) 411
Приложение 10.Акт приемки и оценки научно-исследовательской работы (или ее законченного этапа), выполненной в соответствии с тематическим планом ВНИИГ на 1980 год (шифр НИР
0010506 02НЗ-ІЗ) 413
Приложение II.Письмо треста "Узстроймеханизация" на имя замдиректора ВНИИГ v 415
Цриложение 12.Письмо треста $ 40 "Строймеханизация" Глав запстроя Минстроя СССР на имя замдиректора ВНИИГ 4
Введение к работе
Необходимость противофильтрационной защиты грунтовых водо-удерживающих сооружений осознавалась, очевидно, уже самыми древними строителями. Об этом свидетельствуют археологические раскопки, в которых находят остатки каменных, битумных и т.п. облицовок каналов и водоемов.
В наше время противофильтрационная защита сооружений стала еще более необходимой. При этом значительно возросли требования к противофильтрационным элементам, усложнилось их конструктивное оформление. Если ранее противофильтрационный элемент служил только для сохранения воды, то теперь данные элементы должны еще обеспечивать нормальную работу сооружений и предотвращать возможные загряз нения окружающей среды. Несравнимо увеличились масштабы, сложность и ответственность сооружений. Одновременно в полной мере сохранились и даже стали более жесткими требования сокращения стоимости и сроков строительства. В "Основных направлениях экономического и социального развития. СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" записано осуществлять строительство по наиболее прогрессив ным и экономичным проектам, снижать стоимость строительства зданий и сооружений, ..... сокращать удельные капитальные вложения на единицу вводимой в действие мощности". В этих целях в ближайшие годы в. СССР теми же "Основными направлениями" предусматривается "преимущественное развитие производства изделий, обеспечивающих снижение металлоемкости, стоимости и трудоемкости строительства, веса зданий, сооружений".
Одним из средств снижения стоимости и повышения качества против офильтрациоиных конструкций грунтовых гидротехнических сооружений, в полной мере отвечающим поставленным требованиям, является применение полимерных пленочных элементов. Появившись около 30 лет тому назад, противофильтрационные полимерные пленочные конструкции во многих странах, в том числе и в СССР, стали одним из основных видов защиты сооружений с малыми и средними напорами. Достаточно указать, что в нашей стране по неполным данным выполнена противо-фильтрационная защита с применением пленочных элементов площадью экранирования I га и более на 128 сооружениях, исключая каналы.
Широкое применение пленочных против офильтрациоиных конструкций стало возможным благодаря ускоренному развитию химической.промышленности страны, которое можно иллюстрировать ростом годового выпуска синтетических смол и пластических масс (по сообщениям ЦСУ СССР).
Год 1958 1966 1968 1970 1972 1975 1978 1981
Годовой выпуск синтетических смол и пластических масс, тыс.т. 253 971 1293 1672 2035 2800 3500 4100
Большим пропагандистом и инициатором применения пленочных противофильтрационных конструкций в нашей стране был В.В.Пославс-кий. Первые пленочные экраны в СССР были уложены.в 1958 г. на участке распределительного.канала в Голодной степи по инициативе и при участии В.В.Сокольской и В.Э.Новиковского. В области гидроэнергетического строительства пионером применения пленочных проти-вофильтрационных устройств стал Б.Ф.Рельтов. Большой вклад в дело практического использования и научного обеспечения строительства с применением полимерных пленок внесли П.А.Пшеницын, Г.А.Карамян, И.Е.Кричевский, Р.А.Алавердян, Г.А.Панасенко, А.А.Миронов, В. П.Лы-сенко, А.И.Белышев, Б.И.Сергеев, В.П.Недрига, И.М.Елшин, Ю. М.Коси-ченко, В.А.крупин, Н.А.Кильдишев, А.В.Васильев, А.П.Чумаганов и из зарубежных специалистов - Ф. Тельке, Ч.Ьгафф, П. Сембенелли, ХХобст, Я.Кудлик, ЕБроужек, Ц.Дриолли, Д.Мартин, Ф.Зэнгер, Х.Батеро, Ч.Ла-уритцен, Ф.Цитшер и другие.
В. Советском Союзе построено самое большое в мире водохранилище с пленочным экраном - Тортгульское площадью зеркала 657 га и глубиной до 31 м. Пленочная диафрагма плотины Атбашинской ГЭС воспринимает напор 36, 5 м. Плотина с пленочным экраном на хвостохра-нилище в зоне вечной мерзлоты в г.Норильске имеет высоту 27 м. Наиболее интересным из зарубежных объектов нам представляется плотина Позо де Лос Рамос высотой 97 м, сооруженная для водоснабжения г.Мадрида в Испании и имеющая многослойный экран с водонепроницаемым полимерным пленочным элементом.
В СССР и за рубежом разработан ряд нормативных документов на проектирование и строительство пленочных противофильтрационных конструкций.
В проблеме внедрения в гидротехническое строительство полимерных пленочных противофильтрационных конструкций, однако, имеются свои трудности и нерешенные вопросы. Не останавливаясь на производственных- и снабженческих вопросах, отметим, что применению пленочных конструкций на постоянных сооружениях, в основном, препятствует неуверенность многих специалистов в надежности этих конструкций. В свою очередь, эта неуверенность обусловлена отсутствием научного обоснования таких вопросов, как долговечность полимер - II ных пленочных противофильтрационных конструкций, их повреждаемость в процессе строительства и эксплуатации и вызванная этим фильтрация воды через сооружение и, наконец, неразработанностью методов расчета пленочных экранов. Основываясь на изложенных соображениях, мы и определяли главные направления своих исследований. Результаты этих исследований и анализа практического опыта строительства составляют суть и содержание данной диссертационной работы.
Актуальность работы обусловлена необходимостью обоснования возможности применения полимерных пленочных противофильтрационных конструкций для защиты постоянных выеоконапорных грунтовых гидротехнических сооружений. Использование пленочных противофильтраци-онных конструкций в гидротехническом строительстве позволит удешевить строительство, сократить трудозатраты, уменьшить сроки возведения сооружений, осуществить ряд мероприятий по охране окружающей среды. Пленочные противофильтрациоиные конструкции являются прогрессивным типом защиты сооружений от фильтрации и отвечают современным тенденциям гидротехнического строительства.
Основные результаты исследований, приводимые в данной работе, получены при выполнении важнейших заданий по планам НИР, составлен ным-в соответствии с.Постановлениями ПС СМ СССР по науке и технике. Так, в 1971-75 гг исследования проводились по заданию 001282 проблемы 001275, в 1976-80 гг - по заданию 0602НЗ проблемы 00105 (Постановление ГК. СМ СССР по науке и технике $ 430 от 26.11.76).
Целью работы является научное обоснование возможности выполнения полимерных пленочных-противофильтрационных конструкций на постоянных высоконапорных грунтовых гидротехнических сооружениях.
Задачи работы включают:
- анализ отечественного и зарубежного опыта применения полимерных пленочных противофильтрационных конструкций на грунтовых гидротехнических сооружениях;
- разработку метода расчета пленочных противофильтрационных конструкций на восприятие гидростатического давления;
- анализ влияния деформаций сооружения на напряженно-деформированное состояние пленочных противофильтрационных конструкций;
- исследование повреждаемости пленочных конструкций в строительный и эксплуатационный периоды;
- исследование долговечности полимерных пленочных конструкций;
- разработку вопросов конструирования и технологии укладки полимерных пленочных противофильтрационных устройств;
- технико-экономическое обоснование строительства полимерных пленочных конструкций.
