Гидросооружения 2/2009

Подождите немного. Документ загружается.

ГИДРОТЕХНИКАГидросооружения 2/2009

покрытием с дополнительным сло-

ем мастики (ðèñ. 2).

2 Гидроаккумулирующая

электростанция

Для производства энергии на гид-

роаккумулирующей электростан-

ции Зэккинген характерны насос-

ный режим эксплуатации, который

используется преимущественно в

ночные часы и в конце рабочей не-

дели, а также турбинный режим

работы, включаемый довольно не-

регулярно в течение дня для покры-

тия пиков.

Для верхнего бассейна гидро-

аккумулирующей электростанции

такой режим работы означает, что в

ежедневном ритме при включении

турбинного режима вода в нем бу-

дет срабатываться, а при использо-

вании насосного режима он вновь

будет наполняться.

С целью безопасности под ас-

фальтобетонным покрытием гер-

метизирующего поверхностного

слоя Эггбергского водохранилища

уложен дренажный слой, который

отводит воду в систему кольцевого

дренажа, находящуюся под подош-

вой откоса со стороны воды. Общий

дренажный расход замеряется на

водомерном водосливе.

3 Ремонтные работы,

проведенные ранее

За прошедшие четыре десятилетия

на Эггбергском водохранилище

потребовались лишь незначитель-

ные ремонтные работы, которые

большей частью ограничивались

ремонтом дефектов вздутия между

верхним и нижним уплотняющими

пластами.

Вместе с перекачиваемой водой

взвешенные вещества попадают из

Рейна в Эггбергское водохранили-

ще и оседают там. Рост толщины

отложений в резервуаре составляет

примерно от 7 до 8 cм в год. За пе-

риод времени от сдачи в эксплуата-

цию в 1967 г. и по 1992 г. накопилось

около 130 000 м

отложений. При

этом была заполнена большая часть

зоны мертвого объема, проектный

уровень местами был превышен. В

1992 г. были проведены дноуглуби-

тельные работы, бассейн был пол-

ностью очищен.

Одновременно со снятием отло-

жений на небольших участках было

обновлено герметичное покрытие и

в заключение на всей площади от-

коса нанесено новое уплотняющее

мастичное покрытие.

Летом 2003 г. в рамках прове-

дения мелких ремонтных работ

осуществили широкомасштабный

контроль покрытия. Для этой цели

впервые была произведена полная

очистка откоса с понтона. Меро-

приятия по очистке были необхо-

димы, так как отложения распола-

гались не только на дне бассейна,

но в значительной степени и на

склоне. При этом довольно толстым

слоем в 1–2 см был покрыт участок

в средней части откоса, в то время

Instandsetzung der Asphaltbetondichtung des Eggbergbeckens 2005

Die zweilagige Asphaltbetondichtung des Eggbergbeckens war nach rund 40 Jahren nicht

mehr in der Lage, den Beanspruchungen zu widerstehen. Dies sind neben der Witterung

und den durch den Pumpspeicherbetrieb verursachten Wasserspiegelschwankungen auch

Schrumpfkraefte, die von zeitweise auf der Boeschung abtrocknenden Sedimenten auf

den Belag ausgeuebt werden. Mit Erkenntnissen aus Probeflaechen wurde im Sommer

2005 durch die Firma Walo Bertschinger AG eine neue Dichtungslage mit Sandmastix-

schicht aufgebracht.

Rehabilitation of the Bituminous Lining System of the Eggberg

Reservoir 2005

The sealing system of the Eggberg-reservoir consists of a double layer of dense asphalt

concrete. After 40 years in operation, the system was not capable anymore to withstand

the various stresses and loads. Apart from the stresses imposed by the weather and chang-

ing water loads out of the operation of the pump storage scheme, there are shrinking

forces of drying sediments in the slopes. Based on prior knowledge gained at trial areas, a

new dense layer was installed which was covered by an additional sealing of sand mastic.

The rehabilitation works were realized in summer 2005 by the Walo Bertschinger AG.

Рис. 2: Эггбергское водохранилище с видом на город Бад Зэккинген и рекой

Рейн на заднем плане

ГИДРОТЕХНИКА Гидросооружения 2/2009

как верхние и нижние части откоса

были чистыми.

Наряду с уже известными де-

фектами вспучивания на очищен-

ной поверхности бассейна был об-

наружен новый вид повреждений.

В зоне переменного уровня было

отмечено очень сильное структу-

рирование наружной поверхности.

Подсохшие отложения стягивают

слои из мастики и передают при

этом касательные напряжения

сдвига на поверхность уплотни-

тельного слоя. При регулярном

повторении этого процесса появ-

ляется бугристость поверхности,

что напоминает поверхность кро-

кодиловой кожи с разрыхлениями

и трещинами вплоть до уплотняю-

щего слоя.

С целью выяснения срока экс-

плуатации асфальтового покрытия

для улучшения защитного слоя в ок-

тябре 2003 г. были уложены участки

покрытий из разных материалов,

чтобы оценить их устойчивость.

4 Концепция выполнения

ремонтных работ,

проведенных в 2005 г.

На основе полученных данных в

2005 г. была разработана концеп-

ция проведения ремонтных работ,

которая предусматривала снятие

имеющегося двухслойного пок-

рытия в зоне переменного уровня

в водохранилище на 7 см, а также

укладку новой основы и дополни-

тельного уплотняющего слоя из

песка и мастики. Восстановление

всего покрытия площадью 140 000 м

не потребовалось, так как ниже

зоны переменного уровня воды

оно было в хорошем состоянии. В

качестве нижней отметки для ук-

ладки по-рытия было установлено

значение 685 м над уровнем моря,

для мастичного покрытия – 683 м.

В общей сложности восстанавлива-

емое покрытие занимает площадь

40 000 м

Так как ремонтные работы про-

водились не на всей площади по-

крытия, то необходимости полно-

стью опорожнять Эггбергское во-

дохранилище не возникло. Это поз-

волило отказаться от проведения

весьма дорогостоящей процедуры

отлова рыбы и выпуска ее в другой

водоем и извлечения донных на-

носов и отложений.

Для того чтобы несмотря на про-

водимые мероприятия гарантиро-

вать достаточное для содержания

рыбы качество воды, регулярно

производились замеры кислорода,

температуры и показателей pH. От

источника в водохранилище посту-

пала свежая вода.

Концепция проведения ремонт-

ных работ и независимый контроль

качества были осуществлены про-

фессором Профессиональной шко-

лы в Аахене, дипл. инженером Вил-

ли Кульманом.

5 Проведение ремонтных

работ в 2005 г.

5.1 Фирма «Вало Бертшингер»

Заказ на проведение работ по сани-

рованию покрытия был отдан фир-

ме «Вало Бертшингер». Компания

была основана в Цюрихе в 1917 г. и

осуществляет свою деятельность,

имея в штате примерно 2 200 со-

трудников, прежде всего в Швей-

царии. Отделение «Строительство

плотин и водохранилищ» существу-

ет как самостоятельная структура

и удовлетворяет особенностям тре-

бований гидросооружений с при-

менением асфальтовых покрытий

(агрегаты для проведения работ на

откосах, специальные строитель-

ные материалы). Фирма работает во

всем мире.

5.2 Ход выполнения работ

5.2.1 Ïîäãîòîâèòåëüíûå ðàáîòû

Реконструкцию покрытия откосов

надлежало осуществить в срок за

12 недель, причем все без исключе-

ния работы проводились над уров-

нем воды.

Без каких-либо ограничений в

работе электростанции было ре-

конструировано асфальтовое по-

крытие на закругленном участке

между склоном и гребнем плоти-

ны, а старый ломкий литой асфальт

заменен дренажным биндером.

После частичного спуска воды в

резервуаре свободно лежащие от-

ложения были сдвинуты вниз, по-

верхность очищена водяной струей

высокого давления, чтобы обеспе-

чить проведение работ на склоне.

5.2.2 Ôðåçåðíûå ðàáîòû

Так как Эггбергское водохрани-

лище не было опорожнено полно-

стью, то отходы, возникшие в ре-

зультате фрезерования, удалялись

не как обычно через днище. В об-

щей сложности около 7 000 т долж-

Рис. 3: Укладка уплотнительного слоя

ГИДРОТЕХНИКАГидросооружения 2/2009

ны были транспортироваться по

35-метровому склону наверх.

Для удаления верхнего слоя по-

крытия и одновременного первич-

ного фрезерования нижнего слоя

была применена двухметровая фре-

за. Через поворотный ленточный

транспортер отходы фрезерова-

ния перегружались в параллельно

движущийся скип. Фрезерование

осуществлялось по линии падения

сверху вниз, причем оба агрега-

та страховались тяжелыми лебед-

ками. Одновременно было произ-

ведено ополаскивание отфрезеро-

ванных площадей с тем, чтобы не

допустить оседания пыли и при-

клеивания отходов фрезерования.

Отходы фрезерования обрабатыва-

лись на местной смесительной

установке и отправлялись для

вторичного использования. По-

верхности вокруг площадки и пе-

ремычки были обработаны одно-

метровой фрезой.

Одновременно был проверен

склон, более глубокие пустоты за-

чищены и заполнены дренажным

биндером. Нижняя окантовка, гра-

ничащая с имеющимся покрытием,

была глубоко отфрезерована с це-

лью укрепления переходной зоны

между старым и новым покрытия-

ми. Как только участки поверхнос-

ти очистили и обработали, их об-

рызгали склеивающим составом,

затем примыкающую окантовку

обработали битумом.

5.2.3 Óêëàäêà ïîêðûòèÿ

Для уплотнительной заделки был

применен укладочно-лебедочный

механизм, который может исполь-

зоваться в качестве укладочно-за-

грузочного устройства, произво-

дящего первую укатку. Укладка

осуществляется при помощи ук-

ладчика, модифицированного для

эксплуатации в условиях работы на

склонах снизу вверх за один про-

ход, включая обработку участка

скругления. Грузовики выгружа-

ют асфальт в перевалочный ковш,

который передает смесь в погруз-

чик без потери температуры. Он

доставляет материал к укладчику.

Последующее уплотнение прохо-

дит при помощи укатывающего

агрегата. Первая укатка осущест-

вляется укладочно-лебедочным

механизмом, последующие уклад-

ки ведутся с помощью автономных

лебедок. Затем укладочно-лебе-

дочный механизм перемещает все

агрегаты полностью на ширину по-

лотна

(ðèñ. 3).

Дневные швы и горизонтальный

нижний начальный шов были разо-

греты с помощью агрегата инфра-

красного действия и покрыты вторич-

но, чтобы гарантировать плотность и

однородность покрытия.

Новшеством стало примене-

ние противодействующего обра-

зованию отложений песочно-мас-

тичного герметика, заменившего

обычную уплотняющую мастику.

Мастика создает тонкий противо-

износный слой, который защищает

асфальтовое покрытие от ультра-

фиолетового излучения.

5.2.4 Äîïîëíèòåëüíûå óñëóãè

Стыки бетонных сооружений и

наружные бетонные поверхности

санировали. Построенные ранее

уширения на гребне плотины (для

пропуска встречного транспорта)

облицевали – в рамках специаль-

ного предложения – натуральным

камнем. На основании естествен-

ной отделки их смогли оставить в

качестве постоянных сооружений.

Устаревшее покрытие гребня

отфрезеровали и покрыли новым

облицовочным покрытием.

5.3 Управление качеством

Важно разработать метод контроля

пригодности битумных строитель-

ных материалов для проектов гид-

росооружений с применением ас-

фальтобетона. При этом большое

значение имеют пригодность ис-

ходных материалов и прогнозируе-

мые нагрузки. К покрытиям гидро-

аккумулирующих водохранилищ

предъявляются особые требования

в связи с колебаниями температур

и нагрузок, оседаниями, ледоходом

и отложениями.

Все испытания на пригодность

были произведены Центральной

лабораторией «Вало» из Цюри-

ха, которая также осуществляла

независимый текущий надзор.

Контрольные проверки смесей до-

полнили буровыми кернами и ва-

куумными тестами.

6 Заключение и перспективы

Цель проведения ремонтных работ

в 2005 г. в плане сроков, качества и

затрат можно считать достигнутой.

Таким образом, гарантируется проч-

ность и добротность сооружения

на последующие годы. Прогнози-

руется проведение ремонтных ра-

бот в нижней части склона и дна с

интервалом примерно в 15 лет, если

возникнет необходимость удаления

отложений из Эггбергского водо-

хранилища.

Авторы

Dipl.-Ing. Gundo Klebsattel

Dipl-Ing. Claudia Burkhardt

Schluchseewerk AG

Saeckinger Str. 67

D-79725 Laufenburg

klebsattel.gundo@schluchseewerk.de

burkhardt.claudia@schluchseewerk.de

Dipl.-Ing. Cornelius Torkuhl

Dipl.-Ing. Andre Fehr

Walo Bertschinger AG

Postfach 7534

CH-8023 Zuerich

asphalt.lining@walo.ch

Другие новости, статьи,

актуальная информация

http://hydro-info.ru

ГИДРОТЕХНИКА Гидросооружения 2/2009

Нгуен Куйет Тханг, Дао Тхе Ханг, Ю Вин Кьяу, Марко Конрад, Карл М. Штайгер, Малколм Р. Х. Данстан

Преимущества плотин из укатанного бетона –

два примера из Юго-Восточной Азии

В тропическом климате гравитационные плотины, сооруженные из укатанного бетона, имеют

несомненное преимущество перед обычными гравитационными плотинами. Оптимальная конс-

трукция плотины, продуманная последовательность строительства с учетом неизбежных пере-

ливов во время сезона дождей служит снижению затрат по отводу реки и стоимости проекта

строительства гидростанции в целом. Качественное преимущество и дальнейшее снижение се-

бестоимости проекта может быть получено путем оптимизации взаимосвязи между концепцией

применения укатанного бетона, методологией его укладки и рецептурой смеси.

1 Введение

1.1 Проект строительства

гидроэлектростанции Шон Ла

Проект строительства гидроэлект-

ростанции Шон Ла – это многоце-

левой проект на реке Да в северном

горном регионе Вьетнама в 360 км к

северо-западу от Ханоя. В настоя-

щее время это самый крупный про-

ект по строительству гидроэлект-

ростанции в Юго-Восточной Азии,

который находится на стадии реа-

лизации.

Проект строительства гидро-

электростанции Шон Ла предпо-

лагает возведение гравитацион-

ной плотины из укатанного бетона

высотой 138 м и длиной 900 м по

гребню общим объемом 4,6 млн м

(объем укатанного бетона прибли-

зительно 3 млн м

), периферийного

водосброса с пропускной способ-

ностью 35 000 м

/с и приплотинной

ГЭС с установленной мощностью

2 400 МВт. Отвод реки в строитель-

ный период осуществляется через

два строительных туннеля прямо-

угольного сечения 12 х 12 м и канал

шириной 90 м для отвода паводко-

вого стока в сезон дождей с расхо-

дом 12 000 м

/с (сезон дождей HQ

Во время низкой воды отводной ка-

нал должен перекрываться укатан-

Рис. 1: Гидроэлектростанция Йейуа: перелив через секции 1 и 2 (июль

2006 г., слева) и завершение возведения с интегрированной перемычкой

(апрель 2007 г., справа)

ным бетоном, поскольку водоотвод-

ные трубы справляются со стоком в

сухой сезон. В этой части плотины

в течение сезона дождей предус-

мотрен перелив. Согласно проекту,

строительство плотины из укатан-

ного бетона должно быть осущест-

влено в сжатые сроки, благодаря

все возрастающему спросу на элек-

троэнергию в Северном Вьетнаме и

необходимости регулирования па-

водков на реке Да. Начало укладки

первых объемов укатанного бетона

в тело плотины запланировано на

ГИДРОТЕХНИКАГидросооружения 2/2009

конец 2007 г., а запуск первых аг-

регатов должен состояться в конце

2010 г.

1.2 Проект строительства

гидроэлектростанции Йейуа

Электростанция Йейуа [1] распо-

ложена на реке Майтинг в 50 кило-

метрах к юго-западу от Мандалая

в Центральной Мьянме. Проект

предполагает возведение гравита-

ционной плотины из укатанного

бетона высотой 134 м (объем ука-

танного бетона приблизительно

2,4 млн м

), автоматического водо-

сброса без затворов, рассчитанно-

го на проектный расход 6 600 м

/с

и приплотинной электростанции

мощностью 790 МВт, расположен-

ной на левом берегу.

Отвод реки осуществляется по

двум облицованным бетоном от-

водным туннелям, которые дости-

гают диаметра в 10 м, предусмот-

рена возможность перелива через

перемычку из укатанного бетона,

расположенную в русле реки и в

дальнейшем интегрированную в

тело плотины, также выполненное

из укатанного бетона. Продольная

бетонная перемычка, расположен-

ная параллельно руслу реки, воз-

водится в первую очередь и затем

интегрируется в тело плотины.

Соединенная с верховой и низо-

вой перемычками левого берега

эта продольная перемычка служит

защитой от паводков для электро-

станции и сооружаемого отводно-

го канала во время первого сезона

дождей после начала укладки ука-

танного бетона в тело плотины.

Укладка бетона в тело гравитаци-

онной плотины Йейуа началась в

феврале 2006 г. За первые 14 ме-

сяцев, включая 6 месяцев сезона

дождей, было уложено 10 млн м

укатанного бетона с максималь-

ной скоростью укладки в 91 667 м

в месяц.

2 Конструкция

гравитационной плотины

из укатанного бетона

Технология строительства плотин

из укатанного бетона основана как

часть непрерывного строительного

процесса на высокой степени меха-

низации транспортировки бетона

на место укладки, его распределе-

ние по картам и уплотнение. Одним

из ключевых факторов в быстром,

экономичном и качественном стро-

ительстве плотины из укатанного

бетона является ее простая конс-

трукция, требующая минимального

вмешательства в процесс укладки

бетона, что позволяет подрядчику

вести строительство без перерывов

и достаточно быстро.

С конструктивной точки зрения

это означает, что влияние соору-

жений на непрерывность процесса

укладки укатанного бетона долж-

но быть сведено к минимуму, если

Vorteile von RCC-Gewichtsstaumauern – Zwei Beispiele aus Suedostasien

Walzbeton-Gewichtsstaumauern (Roller Compacted Concrete, RCC) haben unter den

tropischen Bedingungen in Suedostasien bedeutende Vorteile gegenueber konventionel-

len Gewichtsstaumauern. Kosteneinsparungen fuer die Flussumleitung sowie Zeit- und

Kostenersparnisse fuer das gesamte Wasserkraftprojekt werden durch die Optimierung von

Staumauerentwurf und Bauablaufplanung erreicht, fuer welche die planmaessige Ueber-

stroemung eines Teils der RCC-Mauer mit beruecksichtigt wird. Ein Qualitaetsgewinn und

ein weiterer Beitrag zur Wirtschaftlichkeit werden durch das optimale Zusammenspiel

zwischen dem RCC-Konzept und dem entsprechenden RCC-Mischungsentwurf erzielt.

Advantages of Roller Compacted Concrete (RCC) Gravity Dams –

Two Examples in Southeast Asia

Roller Compacted Concrete (RCC) gravity dams are advantageous under the tropical con-

ditions in Southeast Asia compared to conventional gravity dams. An optimised dam de-

sign and construction sequence planning including the intentional overtopping of the RCC

during the rainy season contribute to cost savings for the river diversion and time and cost

savings for the overall hydropower project. Quality benefits and a further contribution

to the project economy are obtained through an optimum interaction between the RCC

concept and methodology and the according RCC mix design.

Рис. 2: Работы по строительству плотины, конец апреля 2007 г. (высота 53 м)

Водозаборные

пролеты 1–6

Блоки

водосброса

Отводящий

канал

Трубы строительного водосброса,

работающие в сухой сезон

ГИДРОТЕХНИКА Гидросооружения 2/2009

не ликвидировано вовсе, т. е. же-

лательно, чтобы подобных соору-

жений из вибрированного бетона в

зоне укладки и уплотнения укатан-

ного бетона не было вообще. Сюда

относятся снижение количества га-

лерей до самых необходимых, отказ

от поперечных галерей в укатан-

ном бетоне (т. е. соединительных

инспекционных галерей) и отказ

от вертикальных шахт (лестниц и

подъемников), а также других боль-

ших камер в секциях из укатанно-

го бетона везде, где это возможно.

Там, где от подобных конструкций и

сооружений невозможно отказать-

ся, необходимо оптимизировать

их расположение в пределах блока

из укатанного бетона, аналогично

тому, как было сделано при строи-

тельстве плотины Шон Ла.

Значительное преимущест-

во, касающееся облегчения про-

цесса возведения конструкций из

укатанного бетона и его укладки,

было получено на плотине Йейуа,

где башенные водозаборы были

сконструированы в виде обычных

конструкций из железобетона,

примыкающих к верховому откосу

плотины. Это позволило местному

подрядчику возвести четыре башни

над напорными водоводами до на-

чала укладки укатанного бетона.

3 Порядок выполнения

строительных работ

При укладке укатанного бетона по-

рядок выполнения строительных

работ и соблюдение их регламента

играет важную роль в обеспече-

нии непрерывности строительного

процесса, особенно во время сезона

дождей. Учитывая скорости уклад-

ки, календарный график строитель-

ства и условий по отводу реки, при-

менение укатанного бетона имеет

несомненные преимущества перед

методами строительства обычных

бетонных плотин или каменно-на-

бросных плотин с бетонным креп-

лением верхового откоса.

Одним из таких преимуществ

является запланированный перелив

через секции из укатанного бетона,

расположенные в русле реки, и не-

прерывный процесс укладки бетона

в секции, защищенные от паводков.

Другим преимуществом является

строительство интегрированных

перемычек как части поперечного

сечения всей плотины, облегчаю-

щих строительные работы на низо-

вой части плотины, проводимые на

более позднем этапе строительства.

Благодаря этим преимуществам со-

здается возможность строительства

менее крупных отводящих тунне-

лей и труб, предназначенных для

защиты стройплощадки от паводков

во время сезона дождей.

Однако основным условием для

получения этих преимуществ в тро-

пическом климате Юго-Восточной

Азии является высокая скорость

укладки укатанного бетона в тече-

ние шести месяцев сухого сезона.

Для эффективного достижения

этой цели все процессы, задейство-

ванные в изготовлении укатанного

бетона, включая стройгенплан и

расположение бетонных заводов,

должны быть оптимизированы [2].

На ðèñ. 1 показана укладка укатан-

ного бетона в плотину ГЭС Йейуа во

время первого сезона дождей и пе-

релив через секции 1 и 2, располо-

женные в русле реки Йейуа. Также

показана ситуация, сложившаяся к

концу последующего сухого перио-

да (завершение строительства шес-

тидесятиметровой интегрирован-

ной перемычки на правом берегу).

Когда водоприемники интегри-

руются в основное тело плотины,

как в случае с плотиной Шон Ла, эти

обычные бетонные конструкции

начинают определять порядок про-

ведения строительных работ для

того, чтобы обеспечить как можно

более раннее начало их возведения

и соблюдения сжатых сроков стро-

ительства. При строительстве гра-

витационной плотины Шон Ла для

этого потребовалась укладка слоя

укатанного бетона поперек полной

ширины монолитного тела плотины

от верховой до низовой граней.

Учитывая расчетную задерж-

ку начального твердения смеси из

укатанного бетона с высоким со-

держанием вяжущих (содержание

вяжущих > 150 кг на м

укатанного

бетона) от 20 до 24 часов (см. главу

4), при укладке в основание плоти-

ны (блок С1, ðèñ. 2) должен быть до-

стигнут абсолютный максимум ук-

ладки бетона в слой, равный 5 000 м

в день. Блоки секции С под водоза-

борными сооружениями водоводов

в центре плотины будут строиться

в порядке присвоенной им нумера-

ции. Для укладки укатанного бе-

тона в блок С5, завершающего ос-

нование обычной железобетонной

конструкции водоприемника, тре-

буется средняя скорость укладки

99 000 м

/месяц, а общий месячный

объем укладываемого укатанного

бетона планируется приблизитель-

но в 84 000 м

Секции L1, L2 и L3 будут уложе-

ны по завершению блоков С. Нача-

ло укладки секции R1 запланиро-

вано на следующий сухой сезон с

учетом перелива через эту секцию,

который предусмотрен в последую-

щем сезоне дождей в разгар работ

по бетонированию пролетов водо-

заборных секций. Секция R2 в от-

Рис. 3: Керны, полученные на пробной плотине в Шон Ла (керны разрушены намеренно между швами бетонирования)

ГИДРОТЕХНИКАГидросооружения 2/2009

водящем канале и секция R3 будут

завершены в начале следующего

сезона дождей, когда начнется на-

полнение водохранилища для за-

пуска первого энергоблока.

4 Концепция применения

и рецептура смеси

Оба проекта, описываемые выше,

включают в себя технологии, требу-

ющие очень быстрой и высокопро-

изводительной укладки укатанно-

го бетона в течение определенного

периода времени в определенное

место плотины для того, чтобы вы-

держивать общий плотный график

проведения работ и использовать

экономические преимущества, воз-

никающие благодаря быстрому за-

пуску агрегатов и снижению стои-

мости работ, ввиду минимизации

усилий по отводу реки. Кроме того,

желаемое высокое качество плоти-

ны из укатанного бетона требует

высокой скорости строительства.

Скорость, с которой ведется уклад-

ка укатанного бетона, оказывает

большое влияние на качество гори-

зонтальных строительных швов бе-

тонирования. Так, связь между сло-

ями укатанного бетона толщиной в

300 мм должна обеспечивать про-

чность на разрыв и фильтрацион-

ную прочность по горизонтальному

шву бетонирования, аналогичные

показателям самого материнского

укатанного бетона.

Методология создания рецеп-

туры смеси для достижения комби-

нированных целей с использовани-

ем простейших методик, скорости

строительства и местного качест-

ва швов бетонирования основана

на применении при строительстве

плотин из укатанного бетона с вы-

соким содержанием вяжущих. Это

означает, что общее содержание вя-

жущих материалов (цемент + пуц-

цолан) должно быть не менее 150 кг

на 1 м

укатанного бетона.

Применение примесей, уве-

личивающих время схватывания

до 20–24 часов, дает возможность

увеличить площадь укладки и в

полной мере использовать эффект

от высокой степени механизации

процесса укладки укатанного бето-

на. Это позволит уложить очередной

слой укатанного бетона до того, как

предыдущий слой начал схваты-

ваться (метод укладки «свежий на

свежий»). Этот метод обеспечивает

высокое качество швов бетонирова-

ния без снижения скорости уклад-

ки за счет дополнительных усилий

по подготовке швов, включающих

укладку прослойки раствора между

слоями укатанного бетона. На ðèñ. 3

показаны керны, высверленные из

пробной плотины Шон Ла, сделан-

ной из укатанного бетона, которые

демонстрируют высокие монолит-

ные свойства швов бетонирования

(невидимые швы).

Еще одно требование, предъяв-

ляемое к смеси укатанного бетона

с точки зрения местного качества

горизонтальных швов бетонирова-

ния, – это минимизация рассло-

ения укатанного бетона на любой

производственной стадии. Сюда

входит производство наполните-

ля удобной формы, выраженное в

удлиненности и отсутствии отсла-

иваемости и шелушения частиц с

номинальным максимальным раз-

мером, ограниченным 40–50 мм.

Кроме того, принятие измененного

показателя времени уплотнения

жесткой бетонной смеси, равного

10 секундам, при укладке бетона

ведет к созданию высокосвязного

бетона с хорошими показателя-

ми сцепления, дружественного к

подрядчику, поскольку упрощает

методики укладки и повышает ско-

рость и экономичность построения

плотины [3].

Смеси укатанного бетона с вы-

соким содержанием вяжущих и с

высоким объемом пуццолана, заме-

няющего цемент, обычно применя-

ются для строительства большин-

ства крупногабаритных плотин.

Пуццолан может быть природно-

го происхождения как, например,

вулканический туф, так и искус-

ственный, к примеру, зола-унос

– побочный продукт деятельности

теплоэлектростанций. Значитель-

ный экономический эффект от при-

менения пуццоланов может быть

получен в случае, если они имеют

местное происхождение.

Пуццолан хорошего качества

повышает прочность смеси из ука-

танного бетона и улучшает свойства

швов бетонирования, таким обра-

зом, приводит к замещению цемен-

та и улучшению температурных

условий работы плотины. Лабора-

торные испытания, проведенные

во время строительства гидроэлек-

тростанции Шон Ла, показали, что

применение золы-уноса с местной

работающей на угле теплоэлектро-

станции оказалось на 40% более эф-

фективным, чем применение порт-

ландцемента. Исследования также

показали, что применение измель-

ченного базальта тонкого помола

оказалось совершенно неэффек-

тивным, базальт показал себя, ско-

рее, как минеральный наполни-

тель, чем как вяжущей материал.

[1] Kyaw, U. W.; Zaw, U. M; Dredge, A.;

Fischer, P.; Steiger, K. M: Yeywa Hydro-

power Project, an Overview. In: Proc. of

Intl. Symposium HydroAsia 2006, 30.11.–

01.12.2006, Bangkok.

[2] Koe, U. A.; Ortega, F. S.; Naing, U. A. Z.;

Knoll, K.: Construction Planning, Con-

crete Production Equipment and Cooling

Plants at Yeywa HPP, Myanmar. In: Proc.

of Intl. Symposium HydroAsia 2006,

30.11.–01.12.2006, Bangkok.

[3] Dunstan, M. R. H.: The State-of-the-

art of RCC Dams at the End of 2001. In:

Proc. of Intl. Conference on RCC Dam

Construction in the Middle East, 07.04.–

10.04.2002, Irbid, Jordan.

Литература

Авторы

Nguyen Quyet Thang

Dao The Hung

Power Engineering Consulting

Company No. 1 (PECC1)

Hanoi, Vietnam

U Win Kyaw

Department of Hydroelectric Power

Nay Pyi Taw City, Myanmar

Marco Conrad

Karl M. Steiger

Colenco Power Engineering AG

Department of Hydropower Plants

Taefernstr. 26

5405 Baden, Switzerland

info@colenco.ch

Malcolm R.H. Dunstan

Malcolm Dunstan & Associates

Buckfastleigh, Devon, England

ГИДРОТЕХНИКА Гидросооружения 2/2009

Сэм Йоханссон и Понтус Съедаль

Измерение фильтрации и оценка внутренней

суффозии на основе пассивного метода

измерения температур

Естественные сезонные температурные колебания в реках и водохранилищах используются для

замера фильтрации в земляных и каменно-набросных плотинах. Метод, иногда называемый

«пассивным методом», давно используется в Германии и Швеции для мониторинга и исследо-

ваний. Основные положения и методики оценки кратко описаны в данной статье. Также даны

результаты ручных замеров температуры и применения индивидуальных и распределенных

температурных датчиков с использованием оптоволокна.

1 Введение

Температура – это изменяющийся

в зависимости от фильтрации пара-

метр, который можно использовать

для количественного анализа филь-

трационных аномалий в земляных и

каменно-набросных плотинах. Ме-

тод, иногда называемый «пассивным

методом», давно используется для

мониторинга и исследований в Гер-

мании и Швеции (Каппедльмайер

[1], Йоханссон [2]). В последние

годы этот метод находит все более

широкое применение. Исследова-

ния термальных процессов с целью

оценки изменения температур в

плотинах были проведены Йоханс-

соном [3] в рамках нескольких на-

учно-исследовательских проектов

Шведской энергетической асоциа-

ции / ELFORSK в 1988–1996 гг.

2 Общая теория и методика

вычисления

Основные положения

Температура в насыпных плотинах

зависит в основном от сезонных

Рис. 1: Температурные измерения в Левене в пьезометрах 35:1, 45:1 и 60:1,

расположенных в скальном массиве в мерных цепях 35, 45 и 60

Датчик 035:1

Температура, °С

Датчик 045:1

Датчик 060:1

Температура воды водохранилища

Июль

1998

Июль

1999

Июнь

2000

Июнь

2001

Июль

2002

Июль

2003

Июнь

2004

Июнь

2005

Дата

ГИДРОТЕХНИКАГидросооружения 2/2009

колебаний температуры воздуха и

естественных сезонных колебаний

температуры, которые происходят

во всех поверхностных водоемах –

озерах, водохранилищах и реках.

Такие температурные колебания

вызывают ответную термальную

реакцию в плотинах. Как правило,

постоянная температура свиде-

тельствует о малом объеме филь-

трующейся воды, в то время как

большие сезонные колебания мо-

гут говорить о значительной филь-

трации. При возрастании филь-

трационного потока температура в

плотине меняется, и, соответствен-

но, усиливаются сезонные колеба-

ния температуры. Эти колебания

зависят от величины фильтраци-

онного стока, сезонных колебаний

температуры поверхностного сто-

ка и расстояния от поверхности до

точки измерения температуры. Та-

ким образом, измерения темпера-

туры помогают оценить изменения

величины фильтрационного стока,

которые могут быть обусловлены

внутренней суффозией.

Сезонные колебания темпера-

туры в верхней части плотины за-

висят в основном от температуры

воздуха на поверхности. Влияние

температуры воздуха снижается с

глубиной, и уже на глубине 10 м им

можно пренебречь. Этот процесс

важно учитывать при исследова-

нии небольших плотин.

Температура в водохранилище

Небольшие водохранилища или

каналы часто имеют однородное

распределение температуры. В

умеренном климате сезонные ко-

лебания температуры носят си-

нусоидальный характер. Однако

вблизи экватора и в полярных об-

ластях необходимо применять бо-

лее приемлемые температурные

модели. Влияние расслоения в

больших водохранилищах важно

учитывать так же, как колебания

уровня воды.

Тепловые свойства

Тепловые свойства материалов пло-

тин хорошо известны. Типичные

значения удельной теплоемкости

скальных грунтов лежат в интер-

вале между 700 и 850 Дж/кг•K. Теп-

лопроводность насыщенного водой

грунта определяется его минераль-

ным составом, в частности, содер-

жанием кварца. Теплопроводность

насыщенного водой пористого ма-

териала падает с повышением по-

ристости. Типичное значение теп-

лопроводности для грунта, обычно

используемого для строительства

земляных или каменно-набросных

плотин, составляет около 2 Вт/м•К,

исключая эффект тепловой дис-

персии.

Качественная оценка

Качественная оценка фильтрации

может быть произведена на основе

анализа сезонного изменения тем-

пературы в равнорасположенных

точках. На ðèñ. 1 показаны резуль-

таты измерений, полученных при

Рис. 2: Анализ данных измерения температуры в смотровом колодце V08

при двух уровнях воды

Sickerwassermessungen und Nachweis Innerer

Erosion mit Hilfe der Passiven Temperatur Methode

Natuerliche, saisonal bedingte Temperaturschwankungen in Fluessen und Stauseen bie-

ten ein nuetzliches Hilfsmittel fuer das Messen von Sickerwasser in Staudaemmen. Die

Methode, manchmal auch die „passive Methode” genannt, wird schon seit vielen Jahren

zur dauerhaften Ueberwachung und bei der Inspektion von Daemmen in Deutschland

und Schweden angewendet. Grundlagen und Auswerteme thoden sind in dieser Abhand-

lung in Kuerze beschrieben. Einige resultieren aus manuellen Temperaturmessungen mit

einzelnen Temperatursensoren und mittels verteilter faseroptischer Temperaturmessun-

gen, welche hier gleichfalls dargestellt werden.

Seepage Measurements and Internal Erosion

Detection using the Passive Temperature Method

Natural seasonal temperature variation in rivers and reservoirs provides a useful tool for

seepage measurement in embankment dams. The method, sometimes called the „passive

method”, has since long been used both for monitoring and investigations in Germany and

Sweden. Fundamentals and evaluation methods are briefly describ ed in this paper. Some

result from manual temperature measurements, single temperature sensors, and distrib-

uted temperature sens ing using optical fibres are also shown.

Температура, °С

Q = 1,8Е - 05 м

/ (с • м), Н = 0,5 м

V08 + 59,2 м

Q = 5,0Е - 04 м

/ (с • м), Н = 0,5 м

Q = 8,0Е - 06 м

/ (с • м), Н = 0,5 м

V08 + 60,7 м

ГИДРОТЕХНИКА Гидросооружения 2/2009

помощи трех датчиков, располо-

женных аналогично, но на разных

расстояниях друг от друга (35 м,

45 м и 60 м). По этим трем приме-

рам легко заключить, что самый

высокий показатель фильтрации

отмечается у датчика 60:1, а самый

низкий у датчика 35:1. Качествен-

ный анализ применяется также

для определения изменений филь-

трационной картины простым

сравнением разброса температур

за разные годы.

Специальный инструмент оценки

Опыт температурного мониторин-

га на нескольких плотинах показал,

что сосредоточенный фильтраци-

онный поток является обычным

явлением и может быть в 1000 раз

больше. Температурное поле в зоне

фильтрации и в прилегающем ма-

териале в основном определяется

потоком в расположенном выше

проницаемом слое и граничными

условиями. Тепловое поле рассчи-

тывается как двухмерное при по-

мощи программного обеспечения

DamTem.

В теоретических положениях,

описанных Йоханссоном [3], эти

три слоя приняты следующими:

• верхняя зона с теплопровод-

ностью (по направлению х и y)

без адвекции;

• центральная зона инфильтра-

ции с адвекцией (по направле-

нию х) и теплопроводностью (по

направлению y);

• нижняя зона с теплопровод-

ностью (по направлению х и y)

без адвекции.

Температурное поле рассчитыва-

ется для всех трех слоев. Одним из

преимуществ программного обеспе-

чения DamTemp является ограничен-

ное количество исходных данных.

Числовые модели

У насыпной плотины сложное

термогидравлическое поведение,

включающее перенос тепла (от

гребня плотины и от основания к

геотермальному потоку), адвекцию

и радиацию. Первые два процесса

частично перекрывают друг дру-

га, поскольку вязкость и плотность

воды температурно зависимы.

Проблема в дальнейшем ослож-

няется разбросом свойств материа-

лов в теле плотины и различием усло-

вий в насыщенной и не насыщенной

водой частях плотины. Проблема

изучалась при помощи улучшенных

сдвоенных моделей переноса Йо-

ханссона [2] или Ауфлегера [4].

3 Измерение температуры

в насыпных плотинах

Одноточечные датчики

Температура – это основной пара-

метр для многих типов датчиков,

поэтому необходима калибровка

датчиков перед измерениями. Со-

хранение и архивирование полу-

ченных температурных данных

обеспечивает прекрасную возмож-

ность для мониторинга и оценки

фильтрационных изменений по ко-

лебаниям температуры. Один такой

пример приведен на рис. 1.

Вертикальные профили

в стояках/колодцах

Вертикальные температурные

профили, снятые в стояках в раз-

личных случаях, дают полезную

информацию. Температурное зон-

дирование, при помощи которого

измеряется температура, легко про-

изводится вручную. Обычно для

температурного профилирования

используются трубы стояков диа-

метром до 70 мм, в которых не об-

разуются конвекционные потоки,

благодаря эффекту плавучести в

стояке. Еще один из возможных ме-

тодов измерения и записи данных

температуры – это использование

гирлянд терморезисторов, который

позволяет избежать риска переме-

шивания в столбе воды.

Распределенные

оптоволоконные

температурные датчики

Развитие оптоволоконных систем

значительно улучшило положение

дел с измерением температуры в

плотинах (Dornstaedter [5], Johansson

и др. [6]). Такая технология стано-

вится все более распространенной.

Швеция одна из передовых стран,

где 30 плотин оборудовано оптово-

Рис. 3: Измерения и вычисления температуры по данным оптоволоконных

датчиков в Суовре, Западная дамба

Температура, °С

Длина (м)

Измерено 23 сентября

Измерено 10 мая

Q = 2,4Е - 05 (м

/ с • м) Н = 15 м

Q = 2,9Е - 05 (м

/ с • м) Н = 15 м

Q = 2,5Е - 05 (м

/ с • м) Н = 15 м