Глава 24. Специальные виды бетонных работ
24А. Производство сборного железобетона
24А.1. Назначение и типы сборных элементов и конструкций
Сборные железобетонные конструкции применяются в отечественном гидротехническом строительстве с 30-х годов прошлого века – при возведении Волховской, Земо-Авчальской, Нижнесвирской и других ГЭС, первоначально как элементы каркасов машинных залов. По мере развития стройиндустрии сфера использования сборного железобетона расширялась. Он нашел применение в плотинах в качестве опалубочных плит–оболочек, балок перекрытия донных и водопропускныъ отверстий, пазовых конструкций, массивных опалубочных блоков, дренажных и противофильтрационных элементов, креплений откосов грунтовых плотин. В 60-70х годах прошлого века объем сборного железобетона в общем объеме бетонных работ достигал 15%.
При строительстве ГЭС Волго-Камского каскада широко применялись пространственные конструкции, объединяющие железобетонные панели в качестве несъемной опалубки с армокаркасами с последующим их обетонированием на месте установки. Также сложные конструкции использовались при бетонировании тора отсасывающих труб, входной части водоприемников, водосбросов зданий ГЭС и т.п. Несмотря на повышенный расход арматуры такие конструкции сокращали трудозатраты на объекте и повышали культуру производства (рис. 24А.1).
Рис. 24А.1. Сборные железобетонные элементы в конструкции здания гидроэлектростанции
1 – забральная балка, 2 – перекрытие щитового отделения верхнего бьефа, 3 – элементы верхнего строения ГЭС, 4 – стакан генератора, 5 – перекрытие пола машинного зала, 6 – перекрытие помещения трансформаторов и распределительного устройства, 7 – элементы мостового перехода, 8 – перекрытие щитового отделения нижнего бьефа, 9 – стеновые панели служебных помещений, 10 – перекрытие отсасывающей трубы, 11 – облицовка колена и торца отсасывающей трубы, 12 - забральная балка, 13 – перекрытие спиральной камеры
Технологической вершиной применения сборного железобетона в гидротехническом строительстве явилось создание Саратовской ГЭС, Кислогубской ПЭС и водоводов Загорской ГАЭС. Для монтажа крупногабаритных сборных элементов размером до 2*3,8*8,15 м, весом до 200 т на Саратовской ГЭС применялись специальные козловые краны грузоподъемностью 2*110 т с пролетом 75 м, охватывающие все здание гидроэлектростанции. Сооружение Саратовской ГЭС включали 21 типоразмер крупногабаритных элементов, стыки между ними омоноличивались сваркой и обетонированием. Кислогубская ПЭС выполнена из единого наплавного блока, выполненного в заводских условиях. Многолетняя эксплуатация в агрессивной морской воде показала высокое качество этого сооружения.
На Загорской ГАЭС эксплуатируются напорные сталежлезобетонные трубопроводы диметром 7,5 м длиной 720 м. Шесть ниток этих трубопроводов собраны из отдельных звеньев длиной 4,41 м, с толщиной стенки 0,4 м весом 140 т. Каждые пять состыкованных звеньев объединены температурно-осадочную секцию со специальным стыковочным узлом.
С точки зрения экономики, применение сборного железобетона при возведении массивных гидротехнических сооружений не выгодно, т.к. один кубометр сборного в 1,5-2 раза дороже кубометра монолитного бетона. Однако, его применение оправдывается экономией трудозатрат на стройплощадке, сокращением сроков, повышением культуры производства и архитектурных достоинств сооружения. Сборные бетонные и железобетонные элементы отличаются высоким качеством лицевых поверхностей, поскольку изготавливаются в металлических формах, смазанных специальным составом – эмульсолом, предотвращающим адгезию бетона к металлу.
Многолетняя практика выработала два основных направления в применении сборного бетона и железобетона в гидротехническом строительстве – в виде простых сборных бетонных и железобетонных элементов и виде сборно-монолитных пространственных конструкций. К первому виду относятся различные виды железобетонной опалубки, описанные в главе 17 учебника (рис. 17.15 - 17.17), балки перекрытия донных отверстий (рис. 24А.1а), глубинных водосбросов и других полостей и отверстий в бетонных плотинах, элементы конструкций машинного здания ГЭС (рис. 24А.2), лестничные марши в шахтах плотин, мостовые балки по бычкам водосливных пролетов, плиты крепления откосов грунтовых плотин, дорожные ограждения и т.п. Эти элементы рассчитаны на самостоятельную работу при транспортных, монтажных нагрузках, нагрузках от давления бетонной смеси и практически не имеют выпусков арматуры, кроме закладных частей и монтажных петель.
Рис. 24А.1а
Рис. 24А.2. Сборные железобетонные элементы верхнего строения здания ГЭС
1 – кровельная балка, 2 – карнизная плита, 3 – кровельный прогон, 4 – надкрановая стойка, 5 – служебный мостик, 6 – подкрановая балка, 7 - подкрановая стойка, 8 – керамзитобетонные панели, 9 – стеклоблочные панели, 10 – стальная труба диаметром 219 мм, 11 – стальная труба диаметром 146 мм
Второе направление - сборно-монолитные конструкции. Это конструкции, образующие наружные поверхности из железобетона с жесткой рабочей арматурой внутри. Изготовление рабочей арматуры в виде каркасов в заводских условиях позволяет экономить трудозатраты и время на стройплощадке. Железобетонный элемент с арматурным каркасом образует пространственную конструкцию, имеющую достаточную жесткость при транспортировке и монтаже. После установки конструкции на место, выверки и раскрепления ее внутренняя часть заполняется монолитным бетоном. Примером этого направления могут служить сборные железобетонные блоки входной части водоприемников с пазовыми конструкциями (рис.24А.3.), армопанельные блоки бычков, армоопалубочные пространственные блоки отсасывающих труб, консоли мостов на гребнях плотин, блоки подпорных стенок, причалов, шлюзовых камер, разного рода ячеистых конструкций. Недостатком таких конструкций являются трудности, возникающие при укладке бетонной смеси, ее качественной проработки в условиях густой арматуры.
Рис. 24А.3. Сборно-монолитные конструкции
1 – водовод, 2 – балки, 3 – первый ярус бетона, 4 – второй ярус бетона, 5 – верхняя поперечная арматура, 6 - верхняя продольная арматура, 7 – нижняя поперечная арматура, 8 – нижняя продольная арматура, 9 – армофермы, 10 – сварные стыки арматуры, 11 – железобетонный сегмент, 12 – тяги, 13 – ранее уложенный бетон, 14 – опорный узел, 15 – опорные инвентарные стойки, 16 – бетон омоноличивания, 17 – легкие армофермы для связи, 18 – рабочая арматура, 19 – армофермы, 20 – арматурная сетка, 21 – плоские армопанели, 22 – предварительно омоноличенные пазовые конструкции, 23 – металлические закладные части, 24 – армопанель оголовка бычка
В настоящее время развивается и третье направление – изготовление крупных наплавных блоков из железобетона, начало которому положено Кислогубской ПЭС. Такие блоки применяются для морских нефтяных платформ, фундаментов ЛЭП через водные преграды, морских заградительных дамб, причалов, мостовых опор. Существуют предложения о применении таких блоков для малых ГЭС.
Опыт эксплуатации первых сооружений с плитами-оболочками обнаружил и серьезные недостатки этих элементов, главными из которых стали недостаточная морозостойкость, нарушения контакта с монолитным бетоном, особенно в зонах переменного горизонта воды. Это вызвано тем, что технология пропарки сборных железобетонных элементов неизбежно формирует поры и каналы в бетонном массиве изделия, которые и становятся очагами нарушения монолитности. Именно поэтому СНиП ll– 56- 77 и СНиП 2.06.08-87 «Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений специально подчеркивают, что нормы распространяются на конструкции, находящиеся постоянно или периодически под воздействием водной среды. Предписывалось для обеспечения требуемой долговечности, водонепроницаемости и морозостойкости конструкций, а также для уменьшения парового давления воды предусматривать укладку высокомарочных бетонов, применение поверхностно-активных добавок (воздухововлекающих, пластифицирующих гидроизоляцию и теплогидроизоляцию наружных поверхностей сооружения). Кроме того, технологи отработали режим «мягкого пропаривания», когда температура в камерах пропаривания не вызывала кипения вовлеченной в бетон воды, но цикл выдерживания изделий в камерах по времени увеличивался в 1,5-2 раза. Такие изделия обладали высокой морозостойкостью.
С появлением в гидротехническом строительстве укатанного бетона сфера применения сборных элементов в плотиностроении сократилась за счет исключения или сокращения межсекционных и межблочных швов. Тем не менее для малых ГЭС, различного рода ячеистых конструкций, подпорных стен, каналов и водоводов, даже для арочных плотин применение сборных бетонных и железобетонных конструкций остается актуальным.