Особенности возведения высоких бетонных плотин и совершенствование технологий их бетонирования
В предыдущих главах были изложены принципиальные общие положения и правила выполнения отдельных технологических процессов, применимых для любых гидротехнических объектов при любых условиях и объемах работ.
Высокие бетонные плотины характеризуются тем, что они, как правило, имеют большой объем бетона и располагаются на скальных основаниях. Большой объем бетонных работ, обуславливает необходимость разработки и постоянного совершенствования наиболее современных методов организации и технологии работ, с целью повышения эффективности путем уменьшения стоимости 1 м3 бетона в деле, повышения интенсивности работ и сокращения сроков строительства. Именно для таких объектов постоянно совершенствовалась механизация и технология возведения с разработкой новых методов и механизации. Это обуславливало необходимость разработки комплексного подхода ко всему циклу работ и разработке комплексных технологических схем.
Резюмируя общие положения отдельных предыдущих глав учебника применительно к условиям возведения высоких бетонных плотин с большими объемами работ, можно отметить некоторые особенности, характерные для этих условий. Одной из характерных особенностей всего комплекса бетонных работ является стремление к разработке и применению технологий, обеспечивающих необходимый температурный режим в блоках бетонирования и в целом сооружения, исключающих трещинообразование в период строительства и эксплуатации. В этом направлении при подборе и приготовлении бетона характерно стремление к сокращению расхода цемента за счет повышения ступеней фракционирования заполнителей, применения малотермичных бетонов для внутренних зон плотины, применение различных добавок для улучшения технологических и прочностных свойств и др.
Отсюда наличие комплекса бетонного хозяйства с включением сортировочных заводов, установок для регулирования температуры заполнителей, контрольного грохочения заполнителей и т.д. Стремление к существенному сокращению расхода цемента и соответственно к улучшению температурного режима блоков бетонирования вызвало необходимость зонального распределения марок бетона.
Наиболее существенные изменения наблюдается в схемах транспортировки и укладки бетона в блоки. Основное направление здесь - комплексная механизация работ, повышение интенсивности и сокращение сроков.
В недавнем прошлом преимущественно применялась столбчатая система разрезки на блоки бетонирования с относительно небольшими размерами блоков.
В дальнейшем наблюдалась стремление к увеличению плановых размеров блоков и переход к разновидностям секционной системы разбивки на блоки бетонирования с однослойной укладкой вибрируемого бетона (Токтогульский метод бетонирования), а в последний период к переходу к укладке укатанного бетона с еще большими размерами блоков. Большие размеры блоков создали благоприятные предпосылки для комплексной механизации бетонных работ, применению более совершенной опалубки (консольной для верховой грани) сборный железобетонной опалубки для швов и потерн, сокращению мероприятий по борьбе с трещинообразованием.
Способы подачи бетонной смеси в блоки бетонирования развивались от применения специальных эстакад для размещения кранов, к расположению кранов непосредственно на возведенных частях плотины с их перемонтажем по мере роста плотины.
Под методами возведения будем понимать состав, последовательность, совокупность методов и технологических схем выполнения отдельных процессов, необходимых при возведении бетонных плотин. В наибольшей мере на эти элементы влияет система разрезки на блоки бетонирования (Глава 15), поэтому классификацию методов возведения целесообразно вести именно по этому признаку.
Отсюда возможно выделить следующие основные методы возведения бетонных плотин:
• Столбчатый метод - возведение плотины отдельными блоками и столбами;
• Метод возведения однослойными длинными блоками из вибрируемого бетона;
• Метод «укатанного бетона» - возведение плотины однослойными длинными блоками из укатанного бетона;
• Смешанный (комбинированный) способ - сочетание двух или более методов.
Применительно к конкретным условиям данного гидроузла принимается тот или иной метод возведения и в соответствие с ним разрабатываются технологические схемы, включающие конкретные методы выполнения отдельных работ. Основными элементами таких систем являются бетонные хозяйства; установки и машины для транспортирования и подачи бетонных смесей к месту укладки, для распределения и уплотнения смесей в блоках бетонирования; устройства и механизмы для формирования швов и граней плотины, средств и установок для контроля и регулирования как температурного и напряженного состояния бетонных смесей и бетона в сооружении. (Рис...)
Эти системы предопределяют продолжительность строительства плотин. Затраты труда и комплексную стоимость уложенного 1 м3 бетона («1 м3 бетона в деле»). Они позволяют достигать высокой производительности. Так на строительстве СаяноШушенской ГЭС при столбчатом методе возведения максимальная годовая интенсивность укладки бетона составляла 1084 тыс. м3, а месячная - 153 тыс. м3. На строительстве Красноярской ГЭС соответственно 1359 и 156 тыс. м3. Максимальная суточная интенсивность бетонирования на заграничных объектах достигает 7620 м3/сут. (Альпа Джера, Италия), 12250 м3/сут. (Оливенхейн, США).
Для приготовления бетона применяются автоматизированные заводы или заводы- автоматы с программным управлением. Производительность их достигает 300-800 м3/час.
Для транспортировки бетонных смесей от бетонных заводов до строящегося сооружения используют большегрузные автосамосвалы, специальные автобетоновозы и автосилобусы, а для отдельных, как правило, армированных конструкций - ленточные конвейеры и бетононасосы.
Подача бетонной смеси в блоки осуществляется либо кабельными кранами (плотины Чиркейская, Ингурской ГЭС в бывшем СССР, Дворшак в США, Кельнбрейн в Австрии и др.) либо бремсбергами (Альпа-Джера, Италия), либо самоподъемными башенными кранами, расположенными на блоках плотины, с частичным использованием эстакад (Красноярская, Саяно-Шушенская, Зейская ГЭС и др.), либо автобетоновозами (плотины Токтогульской ГЭС в бывшем СССР, Альпа-Джера в Италии, Огава в Японии и др.).
Чаще всего применяются комбинированные схемы. Так при строительстве гидроузла «Три ущелья» (Китай) была применена комбинированная схема укладки бетона с использованием козловых, башенных и кабелькранов, оборудованных ленточными транспортерами. На строительстве были задействованы шесть башенных ленточных транспортеров, которые обеспечивали непрерывность подачи бетона в среднем 100 - 200 м3/час, что обеспечивало среднемесячную укладку бетона от 30 до 40 тыс.м3. Для приготовления бетона на строительстве было установлено пять бетонных заводов с проектной производительностью 2500 м3/час. Общий объем бетона на гидроузле составлял 27 млн м3. Максимальные интенсивности укладки бетона составляли: годовая - 5,5 млн м3, месячная - 553,5 тыс м3, суточная 2,2 тыс м3.
Укладка бетона в блоки при столбчатой разрезке осуществляется отдельными блоками с максимально возможными плановыми и высотными размерами, обусловленными требованиями для исключения трещинообразования. Максимальные линейные размеры блоков достигают 30 м, высотные до 9 и более м. Распределение бетонной смеси в блоках осуществляется с помощью электробульдозе6ров, а уплотнение - мощными вибраторами, навешенными на электро-трактора (манипуляторы).
Регулирование температурно-влажностного режима бетонной кладки осуществляется обычно комплексом мер, включающим регулирование температуры бетонной смеси на заводе путем охлаждения или подогрева составляющих смеси, регулирование температуры бетона в блоке путем трубного или поверхностного охлаждения и теплоизоляции уложенного бетона. Набор этих мероприятий тесно связаны с принимаемой системой разрезки на блоки бетонирования и для каждой системы и конкретных климатических условий они различны.
Основной базовой предпосылкой для быстрого экономически эффективного строительства бетонных плотин является появление высокопроизводительных машин и механизмов, позволяющих вести бетонные работы с высокой интенсивностью, а новые технологии позволяют значительно снизить трудоемкость и стоимость работ.
В настоящее время промышленностью серийно выпускаются автоматизированные бетонные заводы производительностью 100 - 600 м3/ч, автосамосвалы грузоподъемностью 10 - 400 т, виброуплотняющие машины производительностью 100 - 300 м3/ч, ковшовые погрузчики грузоподъемностью 10 - 15 т и т.д.
Высокий уровень механизации всего комплекса бетонных работ, включая и подготовительные, позволил снизить затраты труда в расчете на 1 м3 уложенного бетона. На строительстве Красноярской ГЭС (1960 г.) общие трудозатраты составляли 5 чел/дней на 1 м3 бетона, а на строительстве Чиркейской ГЭС (1975 г.) - 2,5 м3/чел. дней.
Затраты на бетонных работах составили на Братской ГЭС (1975 г.) - 2,5 м3/чел.дней, на Красноярской (1965 г.) - 0,55 м3/чел.дней, на Чиркейской (1970 г.) - 0,33 м3/чел.дней, на Токтогульской (1975 г.) - 0,3 м3/чел.дней.
Все вышеуказанное касается в основном технологии бетонных работ для высоких плотин из обычного вибрируемого бетона, не затрагивая технологии бетонных работ для плотин с применением укатанного бетона. Такие плотины будут возводиться и в будущем. Однако наибольшее существенное совершенствование технологии и эффективности бетонных работ достигнуто в последний период при применении новых добавок, укатанного и литого бетонов.