В период 1924—1927 гг. в Англии была введена в эксплуатацию система гидротехнических сооружений в бассейне реки Прайзор (Сев. Уэлльс), состоявшая из 4 массивных бетонных плотин, с помощью которых образовалось общее водохранилище емкостью около 35 млн. м°.
Спустя несколько лет было замечено просачивание воды через тело каждой плотины, особенно в местах рабочих швов, и через образовавшиеся в бетоне вертикальные усадочные трещины. На рис. 1 показан низовой откос плотины Троусфиннид, на которой видны места просачивания воды через швы.
Восстановление поверхностей плотин решено было произвести путем покрытия их слоем торкретбетона, что и было успешно выполнено на всех 4 плотинах. При этом была принята следующая последовательность ремонтно-восстановн- тельных работ.
Вся поверхность бетона была дополнительно подвергнута обработке водопескоструйным аппаратом. Участ ки слабого, покрытого раковинами бетона были вырублены и тщательно очищены.
2. После окончания подготовки поверхности бетона к ней прикреплялась арматурная сетка из стальной проволоки с размером очка 10X10 см. Крепление сетки к поверхности бетона производилось при помощи гвоздей, забиваемых в специальные пробки, заделанные в бетон. Между сеткой и поверхностью бетона оставлялось свободное пространство шириной 12 мм, обеспечиваемое при помощи специальных шайб, надетых на гвозди. Отдельные панели металлической сетки перекрывались по краям в напуск на ширину одной ячейки и скреплялись стальной проволокой.
3. Все усадочные трещины в бетоне с напорной стороны плотины вырубались в виде V-образной канавки и заделывались битумной мастикой. Затем поверх трещин наносился слой торкрет-бетона, стальная сетка вдоль трещин вырезалась на 25 мм в каждую сторону.
4. После окончания всех описанных подготовительных работ на поверхность бетона при помощи цемент-пушки наносился слой торкрет-бетона толщиной 37 мм при допуске 6 мм. Торкрет-бетон составлялся в пропорции 51 кг цемента на 0,14 м3 песка (по объему 1:4).
Указанные работы сперва выполнялись на небольших опытных участках, которые затем были испытаны на прочность и водонепроницаемость. Полученные ре зультаты оказались вполне удовлетворительными, после чего работы были проведены на всех плотинах.
На рис. 2 показана обработка поверхности проволочными щетками, а также укладка и крепление арматурной сетки. На рис. 3 показана вертикальная трещина, заделанная битумной мастикой. На этом рисунке видна также разрезанная арматура с отогнутыми прутками.
Для производства ремонтных работ с напорной стороны плотины были установлены трубчатые леса. Торкретирование начиналось с нижней части поверхности плотины (рис. 4). Эта работа проводилась при помощи 3 стандартных цемент-пушек (4-я была в резерве). Пушки обслуживались двумя передвижными компрессорами производительностью по 6 м3/мин.
Кроме лесов из стальных труб, применялись также подвешиваемые на тросах люльки для рабочих, но они оказались менее удобными. Бригада рабочих при работе в люльке обычно состояла из 6 человек; 2—3 человека производили насечку поверхности бетона и очищали ее проволочными щетками; 1—2 человека производили крепление арматуры; 2 человека работали на цемент-пушке.
На работу по восстановлению поверхности 4 плотин было израсходовано 380 т портландцемента, 1500 т песка и 11000 м2 арматурной сетки.
Через полгода после окончания ремонтных работ обнаружилось, что в некоторых участках поверхности имеет место отставание торкрет-бетона от основного массива, местами с образованием вы- 54
пучин. При выстукивании молотком этих участков слышался характерный для внутренней полости глухой звук. При вскрытии некоторых из этих участков было установлено, что между основной поверхностью и наружным слоем торкрет-бетона имелась тонкая прослойка песка, которая и вызывала нарушение сцепления.
Поскольку количество таких участков было невелико и размеры каждого из них незначительны, вскрывать их не имело смысла. Были сделаны попытки удаления внутреннего слоя песка промывкой водой через отверстия, просверленные в торкрет-бетоне, после чего в эти же отверстия вспрыскивался жидкий цементный раствор. Пробовали также вспрыскивать в отверстия силикат натрия и сульфат алюминия. Эти мероприятия дали эффект только в 50% случаев, так как прослойки песка были малой толщины.
Больше никаких мер для устранения отмеченного дефекта не предпринималось, так как ему не придавалось особа важного значения.
Были отмечены и другие дефекты, более серьезного свойства, которые, хотя и захватывали сравнительно малую поверхность бетона, однако заслуживают быть отмеченными. К таким дефектам следует отнести выпучины торкрет-бетона против вертикальных трещин в основном бетонном массиве. Выстукивание поверхности с помощью молотка, укрепленного на длинной рукояти, обнаружило ряд внутренних полостей, из которых некоторые достигали значительных размеров (наибольшая полость простиралась на 3 м в ширину по всей высоте плотины).
Как правило, все полости отставшего торкрета постепенно суживались сверху вниз и сходили на нет немного ниже уровня воды. Интересно при этом отметить, что иногда слой торкрет-бетона, выпучиваясь, отрывал с собой верхний слой основного бетона. Две полости размером до 0,6X0,9 м оказались несвязанными с наличием под ними трещин; подыскать теоретическое объяснение этого явления не удалось.
Было решено покрасить снаружи участки с полостями и проследить спустя 6 месяцев, после окончания зимних холодов, произойдут ли какие-либо изменения. Через 7 месяцев установили, что полости несколько увеличились в размерах, но. как и раньше, концентрировались против трещин в массивном бетоне. Далее установили, что в местах, где полости с прошлого года увеличились в размере, в торкрет-бетоне образовались горизонтальные трещины на уровне горизонтальных рабочих швов в массиве.
Практика покрытия плотин из массивного бетона слоем торкрет-бетона существует уже много лет. Однако масштаб работ, описываемых в реферируемой статье, является настолько крупным, что при этом должны были несомненно обнаружиться все недостатки данного метода.
Как было сказано выше, каждая трещина в бетоне подвергалась вырубке и заполнялась битумной мастикой, после чего вся поверхность покрывалась торкрет-бетоном. Поскольку арматурная сетка у шва разрезалась, предполагалось, что если бетонный массив будет зимою сокращаться в размерах, то в покрывающем его слое торкрет-бетона может образоваться трещина, но при этом битумная мастика обеспечит водонепроницаемость шва. Это явление и наблюдалось в зимние месяцы, а летом при расширении бетонного массива трещины в торкрет бетоне смыкались снова. Расхождение и смыкание трещин было, таким образом, предусмотрено, но сопровождающее его выпучивание торкрет-бетона снаружи оказалось совершенно непредвиденным. Явление это обусловлено термическим расширением плотины, но полная ясность была
достигнута только при рассмотрении чертежа разреза плотины при сопоставлении с ними даты покрытия поверхностей торкрет-бетоном.
В данном случае торкретирование начали в апреле и прекратили к концу мая, снова начали в конце августа и закончили в середине ноября. Таким образом, захватывая летние месяцы, оно вклинилось в холодные периоды года. Другим обстоятельством, заслуживающим внимания, является то, что низовой откос плотины обращен на северо-восток и потому почти всегда находится в тени, тогда как верховой откос ее, наоборот, все время нагревается солнечными лучами.
Чертеж показал, что большинство полостей, образовавшихся против продольных трещин, относится к поверхности, покрытой торкрет-бетоном в осенние месяцы (от середины сентября до середины ноября), тогда как меньшее количество полостей отмечено на поверхности, торкретированной в апреле и мае. Было, правда, несколько полостей и на поверхности, покрытой торкрет-бетоном в осенние месяцы, но они оказались небольших размеров и не располагались ниже 0,6 — 1,5 м от верха плотины.
Естественно предположить, что когда торкретирование поверхности производилось в сентябре-ноябре, главный массив уже начинал сокращаться в размерах, в то время как торкрет-бетон наносился на поверхность, где были трещины, без температурных швов. Массив после этого продолжал сокращаться в течение всей зимы, и в торкрет-бетоне появлялись трещины, как и следовало ожидать, в результате дальнейшего сокращения массива. Весною при повышении температуры массив расширялся снова, трещины в торкрет-бетоне, нанесенном на массив в октябре-ноябре, сомкнулись в апреле-мае. Но плотина продолжала расширяться в размерах до середины лета и, следовательно, в торкрет-бетоне уже после смыкания трещин возникали большие внутренние напряжения. Легкий армированный слой не мог противостоять расширению массива, и в результате происходило выпучивание торкрет-бетона вверх с отслоением его от массива и образованием полостей. Отслоение торкрет-бетона от массива свидетельствует о низком качестве основного массивного бетона. В тех местах, где бетон был хорошего качества, верхний слой его отрывался вместе с торкрет-бетоном, ибо в этом случае сцепление торкрет-бетона с массивом превосходило прочность последнего на растяжение.
На основе всего изложенного естественно было предположить, что при устройстве в торкрет-бетоне температурных швов, расположенных против трещин в основном массиве, можно избежать появления в первом внутренних напряжений. Решено было опробовать такой метод в ближайшее лето.
Метод заключался в вырезке торкрет-бетона и арматурной сетки в участках образовавшихся полостей, тщательной очистке и насечке поверхности бетона, окраске кромок трещины битумной краской. Концы арматурной сетки с каждой стороны температурного шва подравнивались, после чего наносился слой торкрет-бетона толщиной 37 мм—сначала с одной, а затем с другой стороны: температурного шва.
Вопрос о выборе подходящего материала для заполнения температурных швов представил некоторые трудности. Битумная мастика, примененная для заполнения трещин в бетоне, более подходит для усадочных швов, чем для расширительных, и является черезчур пластичной для того, чтобы пользоваться ен> без наружного покрытия. Глубина вырезки в 37 мм является недостаточной для прочного удержания заполнителя. С учетом этих соображений температурные швы были заполнены толем, сложенным в пакеты. Эти пакеты временно» укреплялись с помощью деревянных планок и колодок, которые впоследствии., после покрытия одной стороны шва торкретбетоном, удалялись.
В настоящей статье основное внимание уделено рассмотрению дефектов, возникающих при торкретировании поверхностей плотин в виде полостей, образующихся при отслаивании и выпучивании: торкрет-бетона. Следует заметить, что общая площадь дефектных участков по> отношению ко всей поверхности плотины незначительна и не превышает в большинстве случаев 1 %. Кроме того, эти участки обычно лежат выше максимального уровня воды.
Большое место, отведенное рассмотрению дефектов в настоящей статье* объясняется тем, что вопросу о причинах этих дефектов до сего времени не уделя
лось внимания. Появление трещин на поверхности, расширение их зимой и смыкание в летнее время ясно свидетельствует, что это явление можно предотвратить устройством в торкрет-бетоне температурных швов. С другой стороны, очевидно, что проведение работ по торкретированию в зимние месяцы может в значительной мере увеличить количество дефектов в облицовочном слое.
Торкретирование поверхности массивного бетона преследует в основном две цели: защитить бетонную поверхность от разрушающего действия содержащихся в воде кислот и предотвратить просачивание воды через вертикальные трещины или горизонтальные рабочие швы, а также через поры самого бетона.
Слой торкрет-бетона должен быть огражден от возникновения в нем внутренних напряжений, могущих привести к отслоению его от бетонного массива. Устройство в торкрет-бетоне температурных швов может оказаться радикальной мерой при условии заполнения этих швов материалом, устойчивым против фильтрации и не разрушающимся с течением времени. Рациональное расположение арматуры играет также немаловажную роль в распределении напряжений и предотвращении образования трещин.
Для успешного нанесения слоя торкрет-бетона можно рекомендовать соблюдение следующих указаний:
1. При возведении новых плотин торкретирование должно быть проведено попозже, когда закончатся усадочные явления в основном массиве.
2. Вертикальные трещины и швы в бетоне должны быть вырублены с образованием V-образных желобков шириной 37 мм и глубиной 25 мм с заполнением их битумной мастикой. Горизонтальные трещины обрабатываются таким же способом.
3. Температурные швы в торкрет-бетоне должны быть размещены против вертикальных трещин или швов в бетонном массиве. Если расстояние между швами в массиве велико, то следует устроить
в торкрет-бетоне промежуточные температурные швы так, чтобы шаг последних не превышал 6 м. Тип температурных швов зависит от сезона, в который проводят работы. Если работы проводятся в жаркую погоду, следует делать швы сжатия, а если в холодную—расширительные швы. В умеренную погоду желательно делать попеременно швы расширения и сжатия. Температурные швы следует делать по указанному выше способу.
4. Толщина слоя торкрет-бетона должна быть 50 мм. Применяемая обычна толщина в 37 мм недостаточна.
5. Состав торкрет-бетона часто при
нимают в пропорции 1:3. Эта смесь значительно богаче, чем основной бетон, на который она укладывается. При больших поверхностях рекомендуется более тощая смесь. Примененный при торкретировании 4 плотин состав 1:4 оказался вполне удовлетворительным. Г ранулометриче
ский состав и качество песка играют также большую роль, особенно при наличии кислотности в воде.
Торкретирование желательно проводить отдельными участками через один* шириною 6 м. Режим твердения играет большую роль. В течение 7 дней желательна частая поливка слоя торкрет-бетона водою либо прикрывание влажной мешковиной.
6. Верхний край слоя торкрет-бетона следует заправить в канавку размером^ 50X50 мм, вырубленную в бетонном массиве. Это улучшает сцепление слоя и повышает его морозостойкость.
7. Высота покрытия массива торкретбетоном не должна превышать 150— 300 мм над максимальным уровнем воды. Поскольку назначение слоя торкретбетона состоит в предотвращении фильтрации и защите массива от агрессивного- действия содержимых в воде примесей, покрытие им несмачиваемой поверхности явно нецелесообразно, тем более, что условия работы облицовки выше уровня воды способствуют образованию дефектов.
Спрямление государе ственной дороги № 70 в Аризоне потребовало пересечения реки Солт Крик в 30 милях к ЮГ} от г. Глаб. Проектная стоимость стального М’ ста составляла 450 тыс. долларов. Инженеры предложили сделать земляную насыпь с тремя линиями трубопроводов типа «Армко»* Сооружение насыпи с трубопроводами обошлось всего в 141678 долларов. Таким образом, на этом строительстве было сэкономлено свыше 300 тыс. долларов. Выгодность этого сооружения не исчерпывается одной только экономией средств. Этот метод пересечения водных преград имеет преимущества, которые присущи строительству дорог на твердом грунте. Сооружения трубопровода «Армко» легко могут быть расширены, если в будущем потребуется расширить полотно дороги. Практически нет затрат на содержание этого сооружения. Продолжительность службы рифленых металлических конструкций «Армко» доказана на практике в течение последних 50 лет в многочисленных пунктах Америки.
