CC BY
26
УДК 693.547
КЛИМАТ РОССИИ КАК ФАКТОР, ВЛИЯЮЩИЙ НА ТЕХНОЛОГИЮ СТРОИТЕЛЬСТВА БЕТОННЫХ ПЛОТИН
Б. Г. Фомин
Кафедра гидравлики и гидротехнических сооружений Российский университет дружбы народов Россия, ] 17198 Москва, ул. Миклухо-Маклая, б
Рассматривается влияние климатических условий России на принятие конструктивных и технологических решений при проектировании высоких массивных бетонных плотин.
Россия - страна с самыми суровыми климатическими условиями. Среднемноголетняя температура в стране -5.5° С. Представленная на рис. 1 карта среднемноголетних изотерм показывает, что около 2/3 территории страны находится в зоне с отрицательной среднемноголетней температурой. Но самое главное - в России самая высокая на Земле суровость климата, т.е. разность летней и зимней температур. Климатические пояса в Европе расположены парадоксально. Климат становится более холодным не с юга на север, а с запада на восток. Особенно ярко это видно из данных по среднеянварским температурам, приведенными на рис. 2. Для значительной части территории Сибири разность между максимальной летней и минимальной зимней температурами превышает 90° С. Вместе с этим именно в этих районах расположены основные гидроэнергетические ресурсы страны. Их доля в общем гидроэнергетическом потенциале России составляет свыше 85 % [1]. Важнейшим гидроэнергетическим районом является Восточная Сибирь, располагающая 60 % возможных к использованию гидроэнергетических ресурсов страны. В целом возможности освоения гидроэнергетики Сибири и Дальнего Востока характеризуются данными, представленными в таблице.
Рис. 1. Изотермы среднемноголетних температур на территории России
Таблица
Возможные к использованию гидроэнергоресурсы в восточных районах России
Районы тыс. кВт млрд. кВт ■ ч
Западная Сибирь 14840 130
Восточная Сибирь 91320 800
Дальний Восток 28540 250
Перепады между максимальной и минимальной температурами для условий, в которых находятся некоторые плотины в нашей стране, таковы: Братская, Усть-Илимская, Бурейская - 93°, Зейская - 87°, Саяно-Шушенская - 84°, Богучанская - 94°, Мамаканская - 97°. Условия строительства плотин в зимнее время существенно осложняются. В дни с наиболее низкими температурами на строительствах Братской, Усть-Илимской, Мамаканской и других плотин укладка бетона в блоки не производилась (главным образом из-за недостаточной хладостойкости применяемых строительных машин). Суровость российского климата учитывается при принятии конструктивных и технологических решений при проектировании и возведении крупных бетонных плотин.
В настоящее время одним из перспективных путей повышения экономичности, сокращения сроков возведения гравитационных плотин и упрощения технологии бетонных работ является использование особо жестких малоцементных бетонных смесей с укладкой их методами, близкими тем, которые применяются при строительстве фунтовых плотин, насыпи, дорог. В различных странах (Канада, Англия, США, Япония, Китай и др.) предложены варианты конструктивного решения гравитационных плотин из малоцементных бетонов и технологии их возведения. Преимущества таких смесей: низкое тепловыделение при твердении, быстрое нарастание прочности в раннем возрасте, простота технологии укладки и уплотнения, низкая стоимость. Такие смеси имеют и недостатки [2]: пониженный объем-
ный вес, низкая морозостойкость и водостойкость, достаточно высокая водопроницаемость, ярко выраженная зависимость температуры уложенного бетона от внешних температурных воздействий, трудности сопряжения с опалубкой и с зонами сооружений, в которые уложен вибрированный бетон.
При строительстве плотин с использованием особо жестких малоцементных бетонных смесей укладка бетона производится горизонтальными или слегка наклонными слоями по всей площади плотины от берега до берега и от низовой грани до верховой. В этих условиях зимой необходимо использовать большое по площади укрытие, защищающее укладываемый бетон от промораживания. Обеспечение положительной температуры под таким укрытием связано с большими затратами энергии, что значительно повышает стоимость бетона. Что касается конструкции укрытия, то, например, если бы Усть-Илимская плотина строилась из особо жесткого малоцементного бетона, то такое укрытие должно было бы иметь длину около 1 км, а ширину - 70 м с постоянным уменьшением ее по мере роста плотины. Укрытие не должно иметь промежуточных опор. Высота его должна быть достаточной для размещения и передвижения в нем транспортного и бетоноукладочного оборудования. Отказ от такого укрытия допустим лишь в случае прекращения бетонных работ в зимнее время (или перехода зимой на укладку вибрированного бетона, как это принято на строительстве Бурейской ГЭС).
Бетонные плотины, возведенные в районах с суровым климатом, зимой со стороны открытой низовой грани промерзают на глубину до 5-6 метров и более. Такое промораживание создает зимой водонепроницаемую преграду в районе низовой грани плотины. Наличие такой преграды в условиях высокой водопроницаемости бетона, которая часто имеет место в плотинах из особо жестких малоцементных бетонных смесей, может привести к высокому противодавлению по горизонтальным строительным швам, что приводит к нарушению устойчивости плотины.
В проекте Бурейской плотины, где впервые в нашей стране в широких масштабах применена укладка особо жестких бетонных смесей указанные выше негативные обстоятельства снимаются тем, что плотина состоит из двух основных частей - первый столб из вибрированного бетона и низовой клин из ОЖБС. Вибрированный бетон первого столба укладывается в зимнее время, что сокращает энергозатраты по обогреву слоев бетонирования, а низовой клин - летом. Первый столб плотины является достаточно мощным противофильт-рационным экраном, снимающим опасность образования высокого противодавления.
Однако такая конструкция плотины приводит к необходимости цементации вертикального шва между первым столбом и низовым клином, что, в свою очередь, вызывает необходимость применения искусственного охлаждения бетонной кладки. Отсутствие труб охлаждения в низовом клине, безусловно, замедлит готовность бетона к его омоноличиванию по температурным условиям.
Одним из достоинств плотины из особо жестких бетонных смесей считается низкий экзотермический разогрев бетона вследствие малого расхода цемента в его составе. Это обстоятельство существенно снижает опасность температурного трещенообразования. Это верно, когда плотина возводится в районах с высокими среднемноголетними температурами, которыми характеризуются страны, где в настоящее время возводятся такие сооружения. В подавляющем большинстве районов нашей страны среднеустановившиеся температуры бетона плотин близки к 0° С. В то же время укладка бетона летом производится смесью, имеющей температуру около 20° С, что вместе с экзотермическим разогревом приводит к температуре во время пика экзотермии до 30-35° С. Последующее остывание бетона до среднеустановившейся температуры вполне может вызвать температурные трещинооб-разование кладки, особенно в прискальной зоне. Температурное трещинообразование особенно ярко проявляется в блоках, имеющих протяженные плановые размеры, характерные именно для плотин с особо жесткими бетонными смесями. Это обстоятельство и перечисленные выше недостатки таких плотин, характерные для суровых климатических условий большинства территории России, существенно осложняют возможность использования их в практике отечественного гидростроительства.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гидроэнергетика и комплексное использование водных ресурсов СССР / Под ред.
П. С. Непорожнего. - М.: Энергоиздат, 1982. 560 с.
2. Судаков В. Б. Современные системы укладки и ухода за уложенным бетоном при строительстве гидроузлов. - Материалы конференций и совещаний по гидротехнике: Укладка и уход за бетоном при строительстве гидротехнических сооружений / ВНИИГ им. В. Е. Веденеева, Л.-М. 1979. С. 3-11.
CLIMATE OF RUSSIA, AS A FACTOR, INFLUENCING ON THE CONSTRUCTION TECHNOLOGY OF CONCRETE DAMS
B. G. Fomin
Department of Engineering Peoples’ Friendship University of Russia Miklukho-Maklay st.,6, 117198, Moscow, Russia
The climatic particularities of Russia and the necessity of their accounting in construction of concrete dams are considered.
Фомин Борис Григорьевич родился в 1934 году, окончил гидроэнергетический факультет Московского энергетического института в 1957 году. Инженер-гидротехник, кандидат технических наук, доцент Российского университета дружбы народов. Автор 92 научных работ.
Fomin B.G. (b. 1934) graduated from Moscow energy institute (Hydropower faculty) in 1957. Ph.D ass. professor of the Peoples’ Friendship University of Russia. Author of 92 scientific works.
