Способ и устройство для гидроизоляции швов и трещин в гидротехнических сооружениях, бетонных конструкциях и конструкциях из каменной кладки - RU2243318C2
Код документа: RU2243318C2
Чертежи
Описание
Изобретение относится к гидроизоляции гидротехнических сооружений, например бетонных плотин с уплотнением катком, гравитационных бетонных плотин и каменных гравитационных плотин, насыпных плотин с бетонным гидроизоляционным верховым откосом, каналов, тоннелей, резервуаров и тому подобного, а в общем бетонных и каменных конструкций. В частности, это изобретение касается способа гидроизоляции усадочных и/или конструктивных швов, поврежденных швов и трещин, в дальнейшем также упоминаемых как "швы" или "трещины" в бетонных или каменных облицовках, либо в теле гидротехнических сооружений, а также в бетонных или каменных конструкциях ранее упомянутого типа, имеющих поверхность, находящуюся в контакте с водой, или поверхность со швами и/или трещинами, через которые могут происходить утечки воды; изобретение также относится к устройству многослойного гидроизоляционного покрытия швов, трещин и тому подобного, получаемому вышеупомянутым способом выполнения гидроизоляции.
Согласно хорошо известным технологиям при сооружении гидротехнических конструкций, например бетонных плотин или бетонных плотин с уплотнением катком, либо при сооружении насыпных плотин, причем как земляных насыпных плотин, так и каменно-набросных плотин, необходимо обеспечить соответствующую гидроизоляцию верхового откоса для предотвращения утечки воды из резервуара, которые представляют экономические потери и ставят под угрозу целостность и устойчивость самого тела плотины.
Методология возведения плотин и гидротехнических конструкций, либо бетонных конструкций или конструкций из каменной кладки любого типа учитывает явления усадки и теплового расширения, а также перемещений вследствие осадки или по другим причинам, которым гидротехническое сооружение или бетонная конструкция может подвергаться с течением времени, например при изменении гидравлической нагрузки на напорную грань плотины, что может вызвать раскрытие или расширение швов бетонной гидроизоляционной облицовки, либо образование опасных трещин, через которые может происходить просачивание воды.
В частности, при проектировании и возведении бетонных плотин с уплотнением катком необходимо учитывать деформации, вызываемые процессом гидратации бетона, поскольку после достижения максимального гидратационного нагрева понижение температуры тела плотины, пока оно не достигнет устойчивого состояния, сопровождается явлением сжатия объема бетона, что может вызвать растрескивание.
Поэтому в таких гидротехнических сооружениях необходимо обеспечить соответствующие усадочные швы для предотвращения возникновения неконтролируемого растрескивания.
Усадочные швы обычно создают предпочтительные линии образования трещин в верховом откосе плотины, возникающие вследствие усадки бетона, которые развиваются по вертикали параллельно уклону.
Усадочные швы также подвергаются некоторым перемещениям, хотя обычно и в меньшей степени, даже после того, как бетон достиг своей температуры равновесия. Эти перемещения могут быть вызваны изменениями уровня воды в резервуаре, сейсмическими явлениями или иными причинами.
В общем швы и/или трещины представляют собой разрыв в бетонной или каменной гидроизоляционной облицовке верхового откоса плотины или какого-либо гидротехнического сооружения, или иной конструкции. Следовательно, для предотвращения возможного просачивания воды такой разрыв должен быть подвергнут обработке.
Традиционные системы, которые в настоящее время применяют для гидроизоляции швов и/или трещин, обычно предполагают использование синтетических материалов или меди, так называемых "водонепроницаемых уплотнений", располагаемых одним или двумя рядами и заделываемых в бетон, когда его отливают при возведении гидротехнического сооружения или иной конструкции, поэтому они затрудняют процесс возведения конструкции.
В общем, применение известных гидроизоляционных систем, помимо создания трудностей в процессе возведения конструкции, также делает весьма сложным вмешательство для проведения технического обслуживания или ремонтной операции, когда повреждены швы. По существу, эти системы обычно не обеспечивают должной гидроизоляции, долговечности и способности компенсации перемещений или осадок, которые могут происходить в теле гидротехнического сооружения, либо бетонной и/или каменной конструкции, без потери их основных характеристик в отношении гидроизоляции.
Хотя усадочные швы в бетонных плотинах, уплотненных катком, либо конструктивные швы в бетонных плотинах или подобных гидротехнических сооружениях представляют собой разрыв, создаваемый в гидроизоляционной бетонной облицовке, и поэтому их гидроизолируют при возведении самого гидротехнического сооружения, в течение ведения работ могут возникать другие случайные разрывы, когда по какой-либо причине бетон или каменная кладка растрескиваются, либо уплотнения, обеспечивающие гидроизоляцию швов, изнашиваются по прошествии времени или по каким-то непредвиденным причинам.
Следовательно, эти трещины или повреждения, если их не защитить или не проконтролировать соответствующим образом, могут привести к просачиванию воды с разрушительными последствиями. В патенте Германии DE-A-19518732 представлена система, в которой экран находится в непрямом контакте с нижерасположенной металлической полосой без какого-либо защитного основания.
Основная задача настоящего изобретения заключается в создании способа гидроизоляции швов и/или поврежденных швов, и/или трещин в бетонных облицовках гидротехнических сооружений, например плотин и тому подобного, и в бетонных конструкциях и/или в конструкциях из каменной кладки, который устраняет недостатки ранее использовавшихся гидроизоляционных систем.
Точнее, задача изобретения заключается в создании вышеупомянутого способа гидроизоляции, который совершенно независим от процесса возведения гидротехнического сооружения или конструкции, и который может быть применен впоследствии.
Другая задача изобретения заключается в создании вышеупомянутого способа такой гидроизоляции швов и/или трещин, которая обладает настолько высокой степенью упругой деформации и независимости ее компонентов, что может отслеживать любое перемещение, которое будет происходить в швах или трещинах после перемещения тела плотины или гидротехнического сооружения, подлежащего защите или ремонту, без снижения характеристик в отношении гидроизоляции и механической прочности.
Еще одна задача изобретения заключается в создании гидроизоляции швов, трещин и чего-либо подобного, что определено ранее, которая является внешней по отношению к гидроизоляционному сооружению или иному типу конструкции, и которая при этом обеспечивает возможность вмешательства для контроля и ремонта после монтажа конструкции.
Задача изобретения также заключается в применении экрана из упругодеформируемого синтетического материала для гидроизоляции усадочных швов, конструктивных швов, трещин и тому подобного, в частности в верховом откосе или в имеющихся поверхностях, которые входят в соприкосновение с водой в таких гидротехнических сооружениях как бетонные плотины, уплотненные катком, бетонные плотины, насыпные плотины, имеющие бетонный верховой откос, тоннели, водопроводные конструкции, резервуары и тому подобные гидротехнические сооружения.
Поставленные задачи достигаются посредством способа гидроизоляции швов и/или трещин в бетонных и/или каменных облицовках, или в теле гидротехнических конструкций, конструкций из каменной кладки и тому подобном в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения, а также посредством устройства гидроизоляционного покрытия швов, трещин и тому подобного в соответствии с пунктом 17 формулы изобретения.
В частности, согласно изобретению создан способ гидроизоляционного покрытия швов и/или трещин в гидротехнических конструкциях, конструкциях из каменной кладки и тому подобном посредством гидроизоляционного экрана, содержащего полосу из упругодеформируемого синтетического материала, расположенную вдоль шва или трещины на имеющейся поверхности гидротехнической и/или каменной конструкции, подлежащей защите, содержащий следующие стадии:
расположение по меньшей мере одного опорного элемента из жесткого материала на имеющейся поверхности гидротехнической и/или каменной конструкции для покрытия шва и/или трещины, и создания опорной поверхности для экрана, и крепление опорного элемента по ширине шва и/или трещины для обеспечения движения скольжения по отношению к имеющейся поверхности;
расположение по меньшей мере одного защитного основания для экрана поверх опорного элемента между последним и экраном, для обеспечения движения скольжения экрана по отношению к опорному элементу и имеющейся поверхности;
размещение гидроизоляционного экрана поверх защитного основания и опорного элемента;
водонепроницаемое крепление периферийных краев экрана к имеющейся поверхности гидротехнической и/или каменной конструкции вдоль боковых сторон шва и/или трещины.
Согласно другому аспекту этого изобретения поверх гидроизоляционной полосы экрана можно установить защитную плиту предпочтительно из стали или иного соответствующего материала с тем, чтобы покрыть гидроизоляционную полосу вдоль всего ее прохождения или только по ее части, причем с закреплением этой защитной плиты таким образом, чтобы обеспечить ее независимое перемещение по отношению к гидроизоляционному экрану. Если экран применяют для гидроизоляции трещины, через которую вода может просачиваться с обратной стороны, защитная плита может быть использована для фронтальной поддержки экрана, для предотвращения его вспучивания.
Согласно еще одному аспекту этого изобретения предпочтительно удлинить гидроизоляцию шва до гидроизоляции бетонной балки у зуба верхового откоса плотины, продлевая гидроизоляционный покрывной экран и располагая его на фундаментной балке, причем с водонепроницаемым креплением экрана соответственно той зоне, где швы фундаментной балки, если таковые имеются, гидроизолированы.
Согласно еще одному аспекту изобретения создано устройство гидроизоляционного покрытия швов и/или трещин на имеющейся поверхности гидротехнических конструкций или конструкций из каменной кладки, при этом упомянутое устройство содержит:
по меньшей мере опорный элемент, проходящий в продольном направлении по меньшей мере по части шва или трещины, при этом опорный элемент прикреплен к имеющейся поверхности с возможностью скольжения по отношению к упомянутой поверхности;
гидроизоляционный экран, содержащий полосу из упругодеформируемого материала, проходящую в продольном направлении по опорному элементу и плотно прикрепленную к имеющейся поверхности по обеим сторонам шва или трещины;
промежуточное защитное основание между гидроизоляционным экраном и опорным элементом;
крепежные средства для водонепроницаемого крепления гидроизоляционного экрана к имеющейся поверхности с обеих сторон упругодеформируемой полосы.
Эти и другие отличительные признаки способа и покрытия для гидроизоляции швов и/или трещин в бетонных гидроизоляционных облицовках плотин и тому подобных конструкций поясняются ниже в описании и с примерами, со ссылками на чертежи, на которых:
на фиг.1 представлен вид спереди зоны верхового откоса бетонной плотины, уплотненной катком, имеющей гидроизоляционное покрытие для усадочного шва, выполненное согласно изобретению;
на фиг.2 - увеличенный вид в поперечном сечении по линии 2-2 на фиг.1;
на фиг.3 - увеличенный фрагмент фиг.2;
на фиг.4 - вид спереди гидроизоляционного покрытия соответственно фундаментной балке;
на фиг.5 - вид в продольном сечении по линии 5-5 на фиг.4;
на фиг.6 - вид по линии 6-6 на фиг.4;
на фиг.7 представлено соединение между гидроизоляционным экраном согласно изобретению и дефектной первоначальной гидроизоляцией имеющегося шва или трещины;
на фиг.8 представлен вид спереди того, что показано на фиг.7.
Ниже будут описаны общие принципы способа гидроизоляции швов и/или трещин, выполняемого согласно изобретению, посредством гидроизоляционного экрана со ссылкой в качестве примера на бетонную плотину, уплотненную катком, но не вводя посредством этого примера каких-либо ограничений, поскольку описанный способ гидроизоляции может быть применен к любой бетонной и/или каменной конструкции; применительно к задачам этого изобретения термин "гидроизоляционный экран" означает полосу заданной ширины, полученную из синтетического гидроизоляционного, упругодеформируемого материала, такого как поливинилхлорид, полипропилен, полиэтилен или подобный синтетический материал.
На фиг.1 представлен вид спереди верхового откоса 10 бетонной плотины с уплотнением катком, состоящей из налагаемых друг на друга слоев уплотненного катком бетона; при создании слоев формируют усадочные швы 11, которые простираются по вертикали параллельно наклону верхового откоса по всей высоте тела плотины.
Как показано на фиг.2, усадочный шов 11 продолжается внутри бетонного тела одиночного слоя 10 так, что формируется предпочтительная линия образования трещин.
Как показано на двух вышеупомянутых фигурах, способ гидроизоляции шва 11 предполагает использование полосы гидроизоляционного экрана 13 приемлемой ширины, полученной из листа гибкого и упругодеформируемого материала с низкой проницаемостью, которую устанавливают по всему вертикальному прохождению шва 11 с тем, чтобы она полностью покрывала его, при необходимости продолжая ее соответственно зубу верхового откоса плотины для обеспечения соединения с гидроизоляционной системой бордюра или фундаментной балки, что будет разъяснено далее.
Полосу 13 из гидроизоляционного материала устанавливают снаружи верхового откоса 10 с тем, чтобы не препятствовать возведению плотины.
Чтобы надлежащим образом удерживать гидроизоляционный экран 13 и избежать повреждения экрана вследствие прокалывания или появления трещины, согласно этому изобретению предполагается предварительная установка соответствующего опорного элемента для удержания экрана 13, который препятствует вторжению упомянутого экрана 13 в шов 11 под действием гидравлической нагрузки от воды, которой заполнен резервуар со стороны верхового откоса, или вследствие какого-либо перемещения тела плотины.
Опорный элемент, служащий для удерживания гидроизоляционного экрана, должен быть выполнен таким образом, чтобы он мог отслеживать максимально допустимые движения раскрытия усадочного шва 11 под действием максимальной предполагаемой гидравлической нагрузки, а также последующие движения смыкания без создания помех полосе гидроизолирующего экрана.
Опорный элемент может состоять из одной или более жестких плит, выполненных из стали или материала иного типа, подсоединенных к бетонному телу верхового откоса и размещенных по ширине шва 11 для обеспечения соответствующих перемещений.
Точнее, в примере, показанном на фиг.1 и 2, опорный элемент состоит из двух плит 14 и 15, частично перекрывающих друг друга, при этом плиты закреплены в местах, расположенных на расстоянии друг от друга вдоль по меньшей мере одного бокового края, посредством крепежных стержней, соответственно 16 и 17, для обеспечения свободного скольжения двух плит друг по другу в течение движений раскрытия и смыкания швов 11, причем с возможностью поддерживания экрана 13.
Две опорных плиты 14 и 15 состоят из одной или более фасонных частей, выровненных в осевом направлении, которые простираются по всей длине шва 11.
Чтобы предотвратить гидроизоляционный экран 13 от разрушения или прокалывающего действия, вызываемого опорными плитами 14 и 15, и чтобы обеспечить независимость перемещения между опорными плитами и упомянутым экраном, между плитами и гидроизоляционным экраном 13 вставляют одно или более оснований для защиты и скольжения, при этом упомянутые основания крепят к бетонному телу верхового откоса 10 по обеим сторонам плит 14 и 15.
Точнее, как показано на фиг.1 и 2, непосредственно над опорными плитами 14 и 15 выполнено переходное основание 18 значительной толщины, вес которого составляет, например, от 0,5 до 3 кг/м2, содержащее синтетический листовой материал, предпочтительно геотекстиль, со значительной массой на единицу площади; поверх переходного основания 18 находится перекрывающее его второе, обеспечивающее скольжение основания 19 из геосинтетического материала, например, образуемое из того же самого материала, который используют для экрана 13, создающего гидроизоляцию шва с тем, чтобы гарантировать свободное движение скольжения экрана по отношению к шву. Как защитное основание 18, так и обеспечивающее скольжение основание 19 прикреплены в отстоящих друг от друга местах к имеющейся бетонной поверхности 10 посредством крепежных стержней 20.
Следовательно, два основания 18 и 19 выполняют двойную функцию, а именно: защитный слой или слой 18 из геотекстиля или другого приемлемого материала позволяет избежать того, чтобы взаимное скольжение двух опорных плит 14 и 15 служило препятствием гидроизоляционной полосе 13, повреждая ее, например, путем прокалывающего действия краев самих плит, в то время как основание 19 помимо дополнительной механической опоры и дополнительной защиты для полосы 13 гидроизоляционного экрана также обеспечивает возможность свободного скольжения экрана по основаниям 18 и 19, и по опорным плитам 14 и 15 в течение движений расширения и усадки шва 11.
Как показано в увеличенном сечении согласно фиг.2, полосу 13 гидроизоляционного экрана с обеспечением водонепроницаемости крепят к имеющейся бетонной поверхности облицовки вдоль ее боковых краев в общем независимо от оснований 18 и 19 и опорных плит 14 и 15.
Для этого вдоль боковых краев экрана 13 используют металлические профили 21; эти профили плотно прижимают края 13' экрана к поверхности 10 верхового откоса, при этом также предполагается введение соответствующей водонепроницаемой прокладки 22.
Сторону или поверхность, на которой создают водонепроницаемое крепление, предварительно правят посредством использования соответствующего материала 22', например эпоксидной смолы или чего-либо подобного.
Металлические профили 21 крепят посредством стержней 23 с резьбовой нарезкой, закрепленных в бетоне, на которые навинчивают блокировочные гайки 24 с установкой соответствующих промежуточных шайб.
При этом вдоль двух краев гидроизоляционного экрана 13 устанавливают непрерывную водонепроницаемую облицовку.
Как описано ранее, согласно способу гидроизоляции в качестве гидроизоляционного элемента применяют гибкий синтетический, упругодеформируемый элемент в форме полосы, содержащей одну или более секции, соответствующим образом приваренные друг к другу, которая проходит по всей длине усадочного шва 11; гидроизоляционный экран 13 предпочтительно состоит из геокомпозита, содержащего синтетический геоэкран с низкой проницаемостью, подсоединенный к геосинтетическому материалу, обладающему иными свойствами. Поэтому воздействию резервуара подвергается только гидроизоляционный геоэкран, при этом подсоединенный геокомпозит соответствующим образом защищен и образует дополнительный опорный и препятствующий прокалыванию слой, который повышает стабильность самого геоэкрана в отношении размеров.
Гибкость и эластичность синтетического геоэкрана и системы, посредством которой его крепят к бетонной поверхности плотины над защитным швом 11 таковы, чтобы обеспечить упругую деформацию экрана на всем его протяжении, с отслеживанием движений раскрытия и смыкания шва 11 при максимальной предполагаемой нагрузке, либо в других случаях.
Как показано на фиг.2, поверх гидроизоляционного экрана 13 на незначительном расстоянии от него можно добавить дополнительную защиту, которая по существу состоит из заграждения 25, расположенного по всей длине гидроизоляционного экрана и за его боковые края, например выполненного в виде стальной плиты, отдельно и независимо прикрепленной к верховому откосу посредством крепежных стержней 26, при этом плита 25 удерживается посредством распорных деталей и болтов 28, которые могут быть навинчены на имеющие резьбовую нарезку концы стержней.
Для обеспечения возможности движения скольжения защитного заграждения 25 независимо от движения защитного экрана, с одной стороны заграждения 25 установлены крепежные стержни 26, проходящие через отверстия 29, которым придана овальная форма или которые имеют большие размеры для обеспечения относительного перемещения в поперечном и/или в продольном направлении по отношению к защитному экрану 25.
Как описано ранее, экран 13, служащий для гидроизоляции шва, может быть удлинен соответственно зубу верхового откоса плотины для обеспечения соединения с гидроизоляционной системой ограждения или фундаментной балкой, как схематически представлено в примере согласно фиг.5 и 6 прилагаемых чертежей.
Соединение выполняют посредством прохождения и расположения экрана 13 поверх фундаментной балки 30, к которой его крепят посредством соответствующих механических крепежных профилей.
Сгиб 13" экрана простирается по балке 30 на незначительном протяжении, составляющем порядка 30-40 см, причем в любом случае настолько, чтобы в достаточной степени перекрыть зону 31, где может быть выполнена гидроизоляция шва в фундаментной балке, например, путем впрыска в соответствующий зумпф эпоксидной смолы или чего-то подобного, либо посредством уплотнения из поливинилхлорида или чего-то подобного.
Как показано на фиг.5 и 6, сгиб 13" экрана с обеспечением водонепроницаемости крепят по трем его краям посредством металлических профилей 32, которые закреплены посредством крепежных стержней 33. На согнутую часть 13" гидроизоляционного экрана может быть установлен балласт 34, причем с предварительным промежуточным расположением дополнительного защитного синтетического материала 35 для обеспечения тесного контакта между гидроизоляционным экраном и противофильтрационной завесой.
Сгиб 13" может быть физически присоединен к материалу 31 гидроизоляции швов балки, например, посредством адгезионного вещества 36 или сварки в соответствии с применяемым материалом.
При такой конфигурации гидроизоляцию шва подсоединяют к балке у зуба верхового откоса плотины с обеспечением непрерывности между гидроизоляцией шва на верхнем откосе, гидроизоляцией фундаментной балки и противофильтрационной завесой, которую обычно выполняют в фундаментной балке по направлению к нижележащему грунту.
Верхнее крепление экрана 13 подобно боковым креплениям, которые уже были описаны.
Описанный ранее способ гидроизоляции швов помимо того, что он пригоден для гидроизоляции усадочных швов в бетонных плотинах, уплотненных катком, также может быть использован для восстановления гидроизоляции соответственно поврежденных конструктивных швов бетонных плит, либо трещин, которые со временем могут появиться по разным причинам на поверхности бетонной плотины или бетонных поверхностях насыпных плотин, либо на поверхностях иных плотин или конструкций из каменной кладки.
Способ гидролизации приводит к результатам, которые идентичны описанным ранее результатам и может быть применен как в конце возведения плотины, так и в качестве реабилитационного вмешательства для гидроизоляции швов существующих гидротехнических сооружений и трещин, образуемых при разрушении бетона. Если гидроизоляция не проходит поверх фундаментной балки, периметрическое крепление экрана в нижней части подобно креплению, используемому для закрепления боковых краев.
На фиг.7 и 8 прилагаемых чертежей представлено периметрическое крепление 37 в нижней части гидроизоляционного экрана. Если этот экран не достигает фундаментной балки 30 или зуба гидротехнического сооружения, в этом случае можно соединить гидроизоляцию, полученную вышеупомянутым способом посредством экрана 13, с ранее выполненным швом 39, который поврежден, или с трещиной, путем нагнетания уплотняющего материала 38 в отверстие, которое находится в контакте с трещиной или с поврежденным швом 39.
Из того, что было описано и показано на прилагаемых фигурах/очевидно, что создан способ гидроизоляции швов бетонных плотин, уплотненных катком, или насыпных плотин с бетонным верховым откосом, а также для гидроизоляции поврежденных швов и/или трещин в бетонных и/или каменных конструкциях.
При этом то, что описано и показано со ссылками на прилагаемые фигуры, приведено лишь в качестве примера общих принципов изобретения и некоторых предпочтительных вариантов конструкции; без отклонения от того, что здесь заявлено, могут быть выполнены другие варианты и модификации.
Реферат
Изобретение относится к гидроизоляции гидротехнических сооружений, преимущественно бетонных плотин. Способ гидроизоляционного покрытия швов и/или трещин в плотинах предусматривает использование гидроизоляционного экрана, содержащего полосу из упругодеформируемого синтетического материала, которую прикрепляют к защищаемой поверхности по всему шву и/или по всей трещине после предварительного расположения на имеющейся поверхности плотины опорных элементов для удержания экрана и основания для защиты и скольжения экрана, надлежащим образом прикрепленных к имеющейся поверхности плотины независимо от гидроизоляционного экрана. При этом обеспечивается возможность свободного удлинения гидроизоляционного экрана и отслеживания им перемещений шва и/или трещины с сохранением состояния водонепроницаемости. 2 н. и 15 з. п. ф-лы, 8 ил.
