УДК 69.059 Варламова Татьяна Васильевна ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет

УДК 69.059
Варламова Татьяна Васильевна
ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю.А.», Россия, Саратов,
к.т.н., доцент кафедры «Теория сооружений и строительных конструкций»
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ
КОНСТРУКЦИЙ В АГРЕССИВНОЙ СРЕДЕ
Аннотация. Статья посвящена проблеме обеспечения надежности и
долговечности железобетонных конструкций, работающих в агрессивной среде. На
примере очистных сооружений Саратовской городской станции аэрации
проанализированы причины снижения несущей способности железобетонных
конструкций до истечения нормативного срока службы сооружений. Рассмотрены
методы усиления железобетонных конструкций без прекращения эксплуатации.
Ключевые слова: железобетонные конструкции, агрессивная среда,
обследование, надежность.
Varlamova Tatyana Vasilevna
Federal State-Funded Educational Institution of Higher Education
«Yuri Gagarin State Technical University of Saratov», Russia, Saratov,
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor at the Department
of «Theory of structures and building constructions»
FEATURES OF CONCRETE STRUCTURES WORK
IN CORROSIVE ENVIRONMENTS
Annotation. The article discusses the reliability and durability of concrete structures
operating in aggressive environments. The reasons for reducing the bearing capacity of
reinforced concrete structures before the end-of-life are analyzed by the example of clearing
constructions of Saratov WWTP. The methods of strengthening of reinforced concrete
structures without decommissioning are presented.
Keywords: reinforced concrete structures, corrosive environments, inspection,
reliability.
В железобетонных конструкциях, подверженных воздействию агрессивных сред,
может развиваться коррозия бетона и стальной арматуры. Железобетонные
конструкции транспортных и гидротехнических сооружений наиболее подвержены
коррозии, вызванной попеременным замораживанием-оттаиванием и химической
агрессией. Согласно ГОСТ 31384-2008 [1], первичная защита от коррозионного
разрушения
должна
предусматривать
выбор
конструктивных
решений,
соответствующих условиям эксплуатации в агрессивной среде.
Проведенное обследование железобетонных конструкций очистных сооружений
Саратовской станции аэрации, работающих в агрессивной среде, подтвердило
значительное влияние среды эксплуатации на надежность и долговечность сооружений.
Наиболее значительное снижение эксплуатационной надежности конструкций было
выявлено при наличии отступлений от проектных решений.
Аэротенки-смесители Саратовской ГСА построены в 1980 году с
использованием типового проекта 902-2-120/72, серии 3.900-2, разработанного ПО
«Союзводоканал» и привязанного для проектирования аэротенков-смесителей в г.
Саратове проектной организацией «Гипрокоммунводоканал» в 1975 г.
При строительстве аэротенков подрядной организацией были внесены
изменения в типовой проект; при этом для удобства монтажа стены и перегородки из
сборных железобетонных плоских панелей, защемленных в щелевых пазах
монолитного днища, были заменены на сборные железобетонные блоки уголкового
профиля по типу подпорных стен с объединением их фундаментных плит с
монолитными лентами между блоками с помощью выпусков арматуры. Таким образом,
высота блока была изменена на 360 мм, что соответствует толщине плиты опорной
части блока, а ширина плиты уменьшена на 600 мм.
Со времени ввода станции в эксплуатацию состояние железобетонных
конструкций сооружений значительно ухудшилось. При обследовании выявлены
дефекты и повреждения железобетонных конструкций аэротенков, приводящие к
утечкам неочищенных сточных вод. На момент обследования техническое состояние
аэротенка 6 признано ограниченно работоспособным, эксплуатация его приостановлена
(рис. 1); в наихудшем состоянии находилась стена между аэротенками 6 и 5.
Рис. 1. Коррозионное разрушение железобетонных панелей
На Саратовской станции аэрации в соответствии с типовым проектом
установлено 6 секций 4-коридорных аэротенков-смесителей с размерами коридора
9х5,2х120 м.
В типовом проекте предусмотрены плоские сборные железобетонные панели
стен и перегородок. Панели замоноличиваются в щелевых продольных пазах,
устраиваемых в монолитной железобетонной плите днища аэротенка. Высота верхнего
обреза пазов над отметкой днища плиты в средней части коридора 1,3 м, глубина пазов
750 мм, высота сборных железобетонных панелей 5,4 м, глубина воды в коридорах 5,2
м.
В расчетной схеме аэротенка принято защемление вертикальных панелей стен и
перегородок в уровне верхнего обреза пазов. Гидростатическое давление с учетом
глубины сточных вод hв = 4,8 м (рис. 2). С наружной стороны стен учтено
горизонтальное давление грунта при глубине hгр = 4,3 м.
При таком конструктивном решении максимальные изгибающие моменты в
месте защемления наружных панелей от действия гидростатического давления и от
давления грунта засыпки определяются как для подпорной стенки уголкового типа.
Расчетный момент от силы гидростатического давления составляет Mmax =Pв hв/3=
184,3 кН∙м; расчетный момент от давления грунта: Mmax=Е’гр∙hгр/2+Е”гр∙hгр/3=
155,2 кН∙м.
Рис. 2. Расчетные схемы панели аэротенка, загруженной гидростатическим
давлением: а – по типовому проекту, б – фактическая
Таким образом, наиболее невыгодной схемой загружения стенки является
гидростатическое давление. В самых невыгодных условиях находится разделительная
стенка по оси Д между аэротенками 5 и 6 при опорожнении аэротенка 6 и заполненном
аэротенке 5. Примерно в таком же состоянии находятся стены по осям 1, 4.
В период строительства очистных сооружений сборные железобетонные панели
стен и перегородок, предусмотренные типовым проектом, для удобства монтажа и
экономии материалов были заменены на сборные железобетонные блоки уголкового
профиля по типу сборных железобетонных подрядных стен из отдельных блоков.
Блоки длиной 2,4 м состоят из вертикальной стенки высотой 5,4 м и
горизонтальной фундаментной плиты шириной 1,2 м. Толщина стен в зоне защемления
350 мм, толщина фундаментной плиты - 370 мм. При такой замене максимальные
изгибающие моменты от воды и грунта действуют на 0,6 м ниже отметки верхнего
обреза щелевого паза по типовому проекту. Это вызывает увеличение расчетных
усилий в зоне защемления вертикальных стен в фундаментной плите.
Расчетный изгибающий момент от гидростатического давления составляет:
Mmax = Pв ∙ hв/3 = 262,5 кН∙м; расчетный момент от давления грунта: Mmax = Е’гр∙hгр/2 +
Е”гр∙hгр/3 = 222,09 кН∙м.
Наихудшим случаем фактической работы стенки также является действие
гидростатического давления со стороны аэротенка 5. Для этого случая для участка
стены единичной ширины требуется площадь сечения рабочей арматуры As = 30,17
см2. В действительности было выполнено двойное армирование вертикальной стенки
сетками с суммарной площадью рабочей арматуры ∑As = 23,98 см2. Недоармирование
стен между аэротенками 5 и 6 по осям 1, 4 составляет 20,5 %.
Таким образом, снижение несущей способности и возникновение повреждений
стен аэротенков в значительной степени обусловлено некорректными изменениями,
внесенными в типовой проект при его привязке. Интенсивность разрушения возрастает
за счет коррозионных процессов в арматуре и бетоне при действии агрессивной среды.
Для обеспечения надежной работы аэротенков потребовалось усиление стен по
осям Д, 1, 4 в опорных зонах путем устройства двухсторонней армированной
набетонки; на период усиления предусматривалось временное раскрепление стен
металлическими тяжами при опорожненном аэротенке 6.
ЛИТЕРАТУРА
1. Межгосударственный стандарт ГОСТ 31384-2008. Защита бетонных и
железобетонных конструкций от коррозии: Общие технические требования. /
Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации (МГС). М.: Стандартинформ, 2010.
2. Свод правил СП 63.13330.2012. Бетонные и железобетонные конструкции.
Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003 / Утв. приказом
Минрегион России от 29.12.2011 г. № 625/8, введ. в действ. с 01.01.2013. – М., 2012.
3. Рекомендации по усилению и ремонту строительных конструкций
инженерных сооружений. – М.: Минстрой РФ ( ЦНИИпромзданий), 2007.