Особенности ремонта гидротехнических сооружений

Гидротехнические сооружения обычно подразделяются на две группы: сооружения общего и специального назначения. Сооружения общего назначения применяются во всех или нескольких отраслях водного хозяйства, а специального назначения - только в одной определенной отрасли.

К гидротехническим сооружениям общего назначения относятся: водонапорные (плотины, дамбы и т.д.), водосбросные, водопроводящие (каналы, лотки, трубопроводы, гидротехнические туннели), регуляционные, водозаборные, сопрягающие и т.д. К специальным гидротехническим сооружениям относятся: гидроэнергетические - здания ГЭС, бассейны и т.д.; воднотранспортные - судоходные шлюзы и каналы, порты, пристани, причалы, волноломы, молы, мосты; водопроводные и канализационные - водозаборы, насосные станции, резервуары, коллекторы; мелиоративные - оросительные и осушительные каналы и сооружения на них; рыбохозяйственные и т.п. Существуют также совмещенные гидротехнические сооружения, в которых совмещается несколько сооружений разного назначения, например, водосливная ГЭС, шлюз-водосброс.

Все эти сооружения, отличающиеся целым рядом специфических особенностей, объединяет один существенный фактор: постоянный контакт с водой. Причем независимо от того, с чем контактирует сооружение (морская вода, пресная вода, грунтовые или сточные воды), водная среда является агрессивной по отношению к материалам, из которых построено большинство гидротехнических объектов. Вода оказывает на них механическое, физическое, химическое и биологическое воздействие. Механическое воздействие выражается в виде статического давления воды, льда или наносов, принесенных водой к сооружению, а также динамического воздействия от удара струй или льдин, движущихся с большой скоростью. Физическое воздействие связано с истиранием поверхности сооружения водой (кавитация), наносами, содержащимися в воде, или льдом, а также с переменными циклами замораживания-оттаивания. Химическое воздействие приводит к выщелачиванию бетона под воздействием агрессивных веществ и коррозии арматуры. Биологическое воздействие связано с деятельностью микроорганизмов, обитающих в водной среде. Все эти виды воздействий приводят к преждевременному разрушению гидротехнических сооружений и их отдельных конструкций.

В настоящее время по результатам инвентаризации большинство гидротехнических сооружений России (более 52%) находится в состоянии, требующем капитального ремонта. Средний возраст подпорных дамб, плотин и других гидротехнических сооружений составляет 30-40 лет, а в ряде случаев превышает 100 лет.

Анализ современного состояния проблемы показывает, что в целом по России гидротехнические сооружения характеризуются довольно низким уровнем безопасности. Подавляющее большинство гидротехнических сооружений нуждается в текущем ремонте, а более 400 находится в аварийном и предаварийном состоянии.

Основным материалом, из которого построено большинство гидротехнических объектов, является железобетон. В настоящее время существует большое количество материалов и технологий для ремонта, защиты и гидроизоляции бетонных и железобетонных конструкций, однако выбор оптимальных для каждого конкретного случая материалов и технологий является сложным многофакторным процессом, зависящим от множества условий.

Одним из важнейших факторов при определении стратегии ремонта является оценка условий эксплуатации всего сооружения и его отдельных элементов. Сюда входит зона расположения конструкции (подводная, надводная, переменного уровня воды), величина кавитационного воздействия, подверженность ударным и динамическим нагрузкам, агрессивность среды (контакт с морской водой, грунтовыми или сточными водами) и так далее. От точной оценки условий работы ремонтируемой конструкции зависит, насколько выбранный ремонтный материал должен быть, например, сульфатостойким, морозостойким или устойчивым к истиранию.

Большое значение имеет расположение конструкции в плане ее доступности для ремонта, то есть возможность установки опалубки или необходимость применения тиксотропных материалов.

Также необходимо определить причины и степень разрушения, то есть насколько данный дефект влияет на несущую способность конструкции. Само по себе это уже определяет выбор материала для конструкционного или неконструкционного ремонта.

Особенностью проведения ремонтных работ на гидротехнических сооружениях является их сезонность и ограничение сроков ремонта. Например, на внутренних водных путях принято проводить ремонтные работы в зимний период, после закрытия навигации. Однако появление большого количества быстротвердеющих материалов (например, серия материалов EMACO FAST производства ООО «БАСФ Строительные системы») создало возможность проведения ремонтных работ в «окна». Ведь при грамотной организации работ можно произвести быстрый ремонт за 2-3 часа, что не слишком скажется на графике пропуска судов, но позволит в кратчайшие сроки привести в порядок многие сооружения, давно требующие ремонта. Серия материалов ЕМАСО FAST представлена тиксотропным составом ЕМАСО^® Fast Tixo и литыми составами ЕМАСО^® Fast Fluid и ЕМАСО^® Fast Fibre.

ЕМАСО^® Fast Tixo - безусадочный быстротвердеющий состав тиксотропного типа для конструкционного ремонта. Применяется при температуре от - 10°С до +30°С. Предназначен для ремонта вертикальных и потолочных поверхностей без устройства опалубки, для восстановления бетонных конструкций, подверженных действию агрессивных сред, а также для ремонта армированных (в том числе преднапряженных) конструкций гидротехнических сооружений и сооружений морского и внутреннего водного транспорта, балок, опор, мостовых плит и т.д.

Таблица 1.

Результаты испытаний ЕМАСО^® Fast Tixo при различных температурах

ЕМАСО^® Fast Fluid - безусадочный быстротвердеющий состав наливного типа для конструкционного ремонта.

Применяется при температуре от - 10°С до +30°С.

Предназначен для:

- Ремонта гидротехнических сооружений и сооружений водного транспорта;

- Подводного бетонирования, а также для проведения ремонтных работ в переменном уровне воды;

- - Ремонта армированных (в том числе преднапряженных) конструкций;

Ремонта густоармированных конструкций, где невозможно ручное и машинное нанесение;

- Омоноличивания стыков сборных железобетонных конструкций.

Таблица 2

Результаты испытаний ЕМАСО^® Fast Fluid при различных температурах

ЕМАСО^® Fast Fibre - безусадочный быстротвердеющий состав наливного типа, содержащий жесткую металлическую фибру, для конструкционного ремонта.

Применяется при температуре от - 10°С до +30°С.

Предназначен для:

- Ремонта конструкций, подверженных высоким ударным и динамическим нагрузкам, так как материал обеспечивает несущую способность конструкций даже после образования трещин;

- Для строительства структурных, сейсмостойких элементов;

- Ремонта в растянутых зонах балок пролетного строения.

Таблица 3.

Результаты испытаний ЕМАСО^® Fast Fibre при различных температурах

Как следует из приведенных таблиц с результатами испытаний, данные материалы при температуре -20°С уже через 2 часа набирают прочность, достаточную для работы сооружения в обычном режиме. Кроме этого, даже при проведении работ в зимнее время данные материалы не требуют устройства «тепляка» и обладают такими сроками твердения, которые позволяют значительно сократить период производства работ, уменьшив таким образом трудозатраты и поучив существенный экономический эффект.

Ремонт железобетонных конструкций гидротехнических сооружений, в зависимости от их расположения, вида и размера разрушения, производится различными способами. К ним относятся:

- локальный ремонт ручным способом в надводной зоне

- локальный ремонт ручным способом в подводной зоне (с помощью водолазов)

- подводное механизированное бетонирование

- ремонт с применением кессонов и плавсредств

- капитальный ремонт с применением различной техники.

От выбранного способа ремонта зависит и выбор применяемых материалов. Допустим, при выполнении локального ремонта небольших повреждений на малых глубинах, в том числе в условиях водного потока, применяются материалы, твердеющие под водой в течение 5 минут (PCI POLYFIX 5 min). При подводном механизированном бетонировании применяются специальные литые составы для заливки в опалубку. Существуют две схемы заливки методом вытеснения воды из опалубки:

а) по гибкому шлангу через втулки в опалубке

б) по трубопроводу, нижний конец которого опущен в бетонную массу.

1 - специальный бетон                              4 - втулки

2 - опалубка                                 5 - трубопровод

3 - шланг

При производстве работ на достаточно больших площадях в переменном уровне воды наиболее удобным является применение кессонов. В этом случае лучше всего применять тиксотропные составы для работы на вертикальных поверхностях.

Вообще выбор материала для ремонта в каждом случае достаточно индивидуален и основывается на конкретных требованиях: необходимости обеспечения морозостойкости, сульфатостойкости, водонепроницаемости, высокой прочности при конструкционном ремонте или стойкости к истиранию при высокой кавитации. Однако, кроме перечисленных свойств, все применяемые материалы должны соответствовать нескольким общим требованиям:

1. Как мы уже отмечали, большинство гидротехнических сооружений построены из железобетона. Таким образом, материалы для ремонта должны обладать максимальной совместимостью с бетоном. Совместимостью называется соответствие физических, химических и электрохимических характеристик ремонтной и существующей систем. Это соответствие является обязательным, если ремонтная система должна выдерживать все усилия и напряжения, вызываемые полной нагрузкой, и при этом не терять своих свойств и не разрушаться в конкретных условиях окружающей среды и в течение определенного временного промежутка. Под ремонтной системой, в данном случае, подразумевается композитная система, состоящая из ремонтного материала, контактного слоя и ремонтируемого бетона. Однако для хорошей работы данной системы требуется максимальное соответствие физико-механических и прочих характеристик ремонтного материала подобным характеристикам ремонтируемого бетона. Таким образом, можно сделать вывод о том, что для ремонта цементобетонных конструкций наиболее пригодны материалы на цементной основе, как наиболее схожие по характеристикам.

2. Применяемые материалы должны быть безусадочными и иметь высокий показатель адгезии. Сами по себе высокие физико-механические характеристики ремонтного материала не являются гарантией качественного ремонта. Только сохранение композитной системы может служить основой долговечности отремонтированной конструкции. Критерием обеспечения сохранности композитной системы и является показатель адгезии.

В заключение хотелось бы отметить, что целью данной статьи является доказательство того, что любое гидротехническое сооружение, независимо от сложности его конструкции или условий эксплуатации, наличия агрессивных воздействий или ограничения сроков производства работ, можно качественно отремонтировать и тем самым значительно продлить срок его эксплуатации. Для этого на настоящий момент имеются все необходимые материалы с широким спектром свойств, а также различные технологии их применения.

Рис. 1 Применение кессонов при проведении ремонтных работ на Зейской ГЭС

Статья предоставлена

ООО «БАСФ Строительные системы»

Журнал «Ценообразование и сметное нормирование в строительстве», сентябрь 2010 г., № 9