Крепление железобетонными плитами

Железобетонные плиты для крепления верховых откосов плотин выполняют монолитной или сборной конструкции.

Плиты сборной конструкции, в свою очередь, могут быть с открытыми швами, через которые свободно проходит вода, в подготовку под плитами, и с закрытыми замоноличенными швами, в результате чего получают укрупненного размера плиты, называемые картами, между которыми оставляют деформационные швы.

Каждый из перечисленных видов покрытия имеет свои достоинства и недостатки, вытекающие из производственных и конструктивных условий.

Монолитные покрытия более надежны в эксплуатации, по стоимости они дешевле сборных, но в то же время более трудоемки и требуют удлиненных сроков выполнения. Плиты, уложенные на месте строительства, очень чувствительны к осадкам основания, поэтому откосы плотин для них должны быть достаточно хорошо уплотнены. Положительная сторона монолитных плит - плотное примыкание бетона к грунтовому основанию, при этом особые требования к планировке откосов здесь не предъявляются.

Монолитные плиты целесообразно применять при криволинейных очертаниях откосов, так как в этом случае легко получить непрерывность выпуклых или вогнутых поверхностей при любых радиусах закруглений и плавно перейти к прямолинейным участкам откосов.
Форма и размеры монолитных плит обычно имеют вид квадратов или прямоугольников с размерами сторон

от 10 до 20 м. Меньшие размеры принимают в том случае, если возможны значительные осадки откосов. Толщину плит определяют по расчету. Укладывают плиты на однослойную или многослойную подготовку, при этом по производственным условиям толщина слоя подготовки должна быть не меньше 7-10 см. При больших размерах плит подготовку иногда выполняют не по всей площади, а только в пределах швов, устраивая так называемые ленточные фильтры (рис. 63). Несплошная подготовка хотя и снижает затраты по ее устройству, но статические условия работы плиты ухудшаются. Следует также отметить, что ленточные (фильтры под плитами очень трудоемки при выполнении и требуют применения ручного труда. Сплошная же подготовка более равномерно распределяет давление на откос и, кроме того, является упругим основанием, улучшающим работу плиты на динамическую нагрузку от воздействия волн на откос. Между отдельными монолитными плитами устраивают деформационные швы (шириной 2-3 см), необходимые для температурных колебаний. Водонепроницаемости швов достигают за счет уплотнений из эластичного материала, способного деформироваться без нарушения прочности. Для уплотнения швов часто применяют деревянные (сосновые) доски, которые одновременно служат опалубкой при укладке бетона в плиты. Долговечность досок обеспечивается антисептированием и пропиткой их битумом.


Рис. 63  Ленточный фильтр  под железобетонными плитами:
а - продольный разрез; б - поперечный; 1 - железобетонная плита; 2 - доски толщиной 2 см, пропитанные креозотом; 3 - утрамбованный гравий или щебень толщиной слоя 10 см; 4 - бумажная прокладка (смоченные бумажные мешки из-под цемента); 5 - гравий или щебень крупный; 6 - то же, мелкий толщиной  слоя  15 см;  7 - крупнозернистый  песок толщиной слоя  10 см.

Пример устройства шва с деревянным уплотнением показан на рисунке 64, а.


Рис. 64 Уплотнение швов в монолитных плитах   (размеры в см):
а - жесткое уплотнение; б - гибкое уплотнение; 1 - арматура нижней сетки; 2 - просмоленные доски толщиной 3 см; 3 - битумные маты толщиной 1 см; 4 - железобетонная плита; 5 - бетонная подготовка: 6 - железобетонная балка толщиной 8 см; 7 - резиновое уплотнение

Под стыком двух плит здесь уложена железобетонная подкладка, покрытая сверху и сбоку битумным матом толщиной 1 см. Для уплотнения швов применяется также и резиновая лента специального профиля (рис. 64,б), закладываемая в процессе бетонирования в торцы плит, примерно посредине их высоты. В угловых пересечениях плит этой конструкции должны быть предусмотрены резиновые фасонные косынки, концы которых склеиваются с профилированной лентой. Пригодны для уплотнения швов и асфальтовые мастики. Битум в чистом виде применять не рекомендуется из-за подвижности при обычных положительных, температурах и растрескивания при отрицательных.

В связи с общей тенденцией в строительстве к переходу на сборные конструкции, преимущество которых совершенно очевидно, нет никаких оснований придерживаться устаревшей технологии и в покрытиях откосов монолитными плитами. Весь производственный цикл при этом методе происходит на строительной площадке, в то время как она должна быть только местом монтажных работ.

Практика последних лет, когда все чаще стали применять сборные плиты в покрытиях откосов земляных сооружений, подтверждает целесообразность отказа от монолитного бетона. Отдельные случаи разрушения покрытий откосов из сборных железобетонных плит говорят не о недостатках этого способа, а о несовершенстве применяемых конструкций, нарушении технологического процесса укладки плит и в некоторых случаях неполного учета факторов, от которых зависит прочность покрытий.

Наряду с повышением культуры строительного производства и переходом к поточной системе ведения работ, свойственных всякому сборному строительству, покрытие из железобетона обладает следующими достоинствами:

1) повышенным качеством плит при заводском изготовлении по сравнению   с   плитами,   выполняемыми на месте;

2)созданием условий для полной индустриализации работ, сокращением сроков строительства и доступностью укладки плит на откосы в любое время года;
3) возможностью иметь большие осадки основания, а следовательно, и начинать работы по покрытиям откосов одновременно с укладкой грунта в тело плотины.

Вместе с тем следует отметить, что при покрытии откосов из сборных железобетонных плит необходимо тщательно выполнять планировку откосов для обеспечения плотного контакта между постелью плиты и основанием; нужно иметь передвижное крановое оборудование и предусматривать для него стоянки на откосах.

К недостаткам можно отнести несколько большую толщину плит, не омоноличенных по контуру, по сравнению с монолитными плитами; выполнение сплошной подготовки под плитами с тщательной планировкой; трудоемкость и продолжительность выполнения работ, связанных с замоноличиванием швов.

Размеры сборных железобетонных плит назначают из условия транспортировки и мощности кранового оборудования, применяемого при укладке плит. Наиболее ходовые размеры сборных плит, учитывая опыт их применения, от 1,5х1,5 до 3х3 м. Если плиты не квадратные, то больший размер располагают перпендикулярно урезу воды.

Сборные плиты армируют двумя рядами сеток, располагая их в нижней и в верхней частях плиты. Наличие двух сеток вызвано тем, что возможны знакопеременные нагрузки, момент от которых должна воспринимать та или иная арматура. В плитах небольшой толщины, до 10 см, укладывается одна сетка посредине плиты. Толщину плит и процент их армирования определяют на основе расчета.

Покрытие откосов сборными плитами с открытыми швами без соединения их между собой в настоящее время применяют редко. Такой способ укладки плит явился первым этапом в освоении сборных железобетонных плит при укреплении откосов.

На ряде гидротехнических объектов нашей страны был осуществлен переход к сборным плитам с шарнирным соединением, и опыт эксплуатации таких покрытий показал удовлетворительную их работу. Связь между плитами дается в середине каждой стороны плиты или выполняют в угловых пересечениях. Варианты конструктивного решения шарнирного соединения посредине и в углах плит приведены на рисунке 65.


Рис.  65 Шарнирное соединение сборных железобетонных плит:
а и б - посредине    сторон    плит;    в - по    углам    плит;    1 - шарнирный хомут; 2 - отверстия, заливаемые асфальтом

За последнее время большое признание получило укрепление откосов сборными плитами, замоноличенными по контуру в карты. Размер карт принимается примерно такой же, как и при монолитном бетонировании. Швы между плитами, подлежащие замоноличиванию, имеют сравнительно большую ширину, в пределах которой происходит стыкование арматурных выпусков.


Рис. 66 Замоноличенный шов:
1 - железобетонная плита; 2 - заполнение бетоном;  3 - сварка; 4 - рабочая арматура; 5 - сварка или обмотка  вязальной  проволокой; 6 - прокладка из  рубероида.


После укладки плит выступающие арматурные концы сваривают (рис. 66), а шов заполняют бетоном. Рекомендуется вставлять в швы металлические каркасы, которые придают большую жесткость покрытию. Между картами устраивают деформационные швы, позволяющие воспринимать деформации от температурных колебаний.

Приведенные конструкции покрытий откосов земляных плотин сборными железобетонными плитами отражают только часть большой работы, которая проводится рядом проектных и научно-исследовательских организаций.

Большие замоноличенные сборные плиты наряду с достоинствами имеют тот недостаток, что снятие противодавления в них затруднено. Учитывая это, были разработаны конструкции сквозных плит, в которых есть отверстия той или иной формы.

На рисунке 67, а, б показаны сквозные плиты, имеющие в одном случае прямоугольные, а во втором - круглые отверстия. Швы в этом случае оставляют открытыми, а плиты соединяют хомутами или проволочными скрутками,   пропущенными   в  соседние отверстия  по стыку примерно посредине плит. Покрытия со сквозными отверстиями укладывают на сплошном обратном фильтре, фракции которого подбирают из условия недопущения выноса наиболее крупных составляющих через швы и отверстия.


Рис. 67. Сборные железобетонные сквозные плиты:
а - с    прямоугольными    отверстиями;    б - с    круглыми    отверстиями;    в - с широкими прорезями; г - с узкими прорезями

Вместо круглых прямоугольных отверстий в сборных плитах можно выполнить широкие или узкие прорези (рис. 67, в, г). Здесь крупную фракцию фильтровой подготовки уменьшают и подбирают в зависимости от ширины прорези. Диагональное или наклоннее расположение щелей в плитах создает более благоприятные условия для отвода воды из фильтровой подготовки, отсюда уменьшается противодавление, а следовательно, и толщина плиты.

Железобетонные плиты рассчитывают на устойчивость и прочность. По первому условию определяют при заданных плановых размерах толщину плиты, при которой собственный вес ее должен противостоять выпирающему усилию от противодавления. По второму условию плита должна противостоять воздействию волны, когда она обрушивается на откос.

Для расчета плит на устойчивость есть ряд формул, полученных на основе экспериментальных исследований.

1. Формула П. А. Шанкина:

(100)

где k - коэффициент, зависящий от проницаемости покрытия; при открытых швах между плитами в верхней части откоса и закрытых швах ниже уровня воды значение коэффициента k принимают равным 0,11; при открытых швах по всему откосу k = 0,075.
Формула   применима   при   соблюдении   условий ; ; , а также при наличии под покрытием сплошной фильтровой подготовки. Вместе c тем П. А. Шанкин  указывает на возможность применения своей формулы и для случая, когда под покрытием уложен ленточный фильтр.

2. Формула Е. В. Куриловича

(101)

Формула дает толщину плиты при равновесном состоянии. Автор считает нецелесообразным вводить коэффициент запаса, учитывая увеличение устойчивости плит за счет защемления их друг другом и пропуска арматуры из одной плиты в другую. Однако Н. Н. Джунковский отмечает, что более осторожным и нецелесообразным было бы вводить коэффициент запаса порядка 1,3.


При больших значениях В выражение в формуле (101)  мало будет отличаться от выражения
,    поэтому нормами СН 288-64 рекомендуется
к применению видоизмененная формула Е. В. Куриловича с введением в нее коэффициента запаса :

(102)

где    - для монолитных плит равен 1, а для сборных плит - 1,1.
3.  Формула М. И. Лупинского:

где    -  коэффициент запаса, рекомендуемый автором, равен 1,25-1,50.

Формула (103) применима для плит небольших размеров со сплошой фильтровой подготовкой.

4.  Формула П. К. Божича:

(104)

В приведенных формулах приняты следующее обозначения:

- толщина плиты, м;

В - плановый размер плиты, измеряемый нормально к урезу воды, м;
- объемный вес плиты, т/м3;
h и - высота и длина ветровой волны, м.

Сопоставление толщины плит, вычисленной по приведенным формулам при одних и тех же исходных данных, дает разнообразные результаты: крайние значения отличаются более чем в три раза. Это заставляет с осторожностью подходить к выбору той или иной формулы, так как в одном случае из-за недостаточного размера плиты может последовать деформация покрытия, а в другом случае получится неоправданный перерасход материала.

Из числа приведенных формул к практическому использованию можно рекомендовать формулу Е. В. Куриловича, которая наиболее правильно оценивает факторы, зависящие от устойчивости покрытия.

Формулу П. А. Шанкина, рекомендуемую многими ведомственными техническими условиями, тоже применяют, но она по сравнению с формулой Е. В. Куриловича дает заниженные значения толщин плит больших размеров и несколько увеличенные для плит малых размеров при крутых откосах.

По формуле М. И. Лупинского, толщины плит, во всех случаях получаются значительно заниженными по сравнению с другими формулами. Кроме того, формула М. И. Лупинского имеет конструктивный недостаток, в ней не выдержана размерность. К практическому использованию эта формула рекомендована быть не может.

Формулу П. К. Божича следует, рассматривать как первую попытку учета противодавления при определении толщины покрытия. Поскольку формула учитывает только один фактор, влияющий на толщину плиты, - высоту волны, вычисленные размеры плиты по этой формуле при заданном h получаются постоянными, что не отвечает физической сущности рассматриваемого явления, таким образом применение этой формулы ограничено.

Плиту, толщина которой определена на устойчивость по рекомендуемым формулам, затем рассчитывают на прочность с учетом следующих силовых воздействий: волнового, давления, противодавления, гидростатического давления. При одновременном действии всех этих сил и наиболее невыгодном  сочетании их строят суммарную эпюру нагрузок, по ней определяют моменты и подбирают сечение арматуры. Рассчитывают такие плиты, как балки на упругом основании, по методике, разработанной Горбуновым-Посадовым. Кроме того, сборные плиты проверяют на монтажную нагрузку с учетом коэффициента динамичности, который может бытьравным 1,5. Следует иметь в виду, что для крупных сборных плит решающим оказывается расчет на монтажную нагрузку, в соответствии с чем и производится подбор арматуры.