Процесс выщелачивания зацементированного пространства оснований

Для выравнивания податливости основания, повышения модуля деформации пород на участках повышенной трещиноватости и уменьшения водопроницаемости в основаниях высоких плотин выполнена укрепительная цементация. Например, с этой целью в основан плотины СШГЭС выполнена площадная цементация: в русле — н глубину до 15 м под вторым столбом и на 30 м под третьим и четвертым столбами; в основании береговых секций на глубину 10—25 Под первыми столбами русловой части плотины выполнена 100-метровая цементационная завеса и сопрягающая цементация, состоящей из трех рядов скважин глубиной 35 м, наклоненных под разными углами в сторону ВБ.

Проведенная в основании плотины СШГЭС противофильтрационная и укрепительная цементация вовлекает в совместную с плоти­ной работу большой массив горных пород. В пределах контура цемен­тации горные породы являются более однородными по своим фильт­рационным, упругим и прочностным характеристикам. В целом же цементация приводит к зонированию подземного контура по назван­ным характеристикам. Влияние цементационной завесы на измене­ние НДС основания и плотины обусловлено двумя факторами:

• завеса в конструктивном отношении представляет собой тон­кий и относительно жесткий элемент в основании и является для пло­тины особой точкой опоры. Можно считать, что модуль деформации зацементированного массива примерно равен конструкционному мо­дулю деформации бетона 2,5 • 104 МПа;
• относительно низкая проницаемость тела завесы способствует локализации на завесе значительной части гидростатического напо­ра. С этой точки зрения завесу можно рассматривать своеобразным продолжением напорной грани плотины вглубь основания. Напоры на верховую грань завесы и градиенты напора на завесе достаточно велики и убывают с глубиной.

При фильтрации воды через цементный камень происходит его коррозионное разрушение. При этом различают несколько видов кор­розии . В условиях СШГЭС ведущей является коррозия первого вида, которая представляет собой процесс выщелачивания гидрооксида кальция. Цементационная завеса является тонкостенной кон­струкцией, работающей под напором воды, поэтому для нее и для плотины процесс выщелачивания является наиболее значимым. Гидроксид кальция является растворимым продуктом гидратации цемента, и его выщелачивание ведет к перекристаллизации гидратных соединений цементного камня. В первую очередь разрушаются высо­ко основные гидросиликаты с их переходом в низкоосновные формы.

Обычно Са(ОН)₂ располагается на поверхности и в межзерновом пространстве гидратированных частиц цемента. Выщелачивание гидрооксида кальция требует его восполнения за счет увода СаО из трехкальциевого силиката, содержащегося в неполностью гидрати­рованном клинкерном «фонде». Это влечет за собой структурные из­менения, сопровождающиеся деформационными и усадочными про­цессами с образованием трещин. Эти процессы приводят к перерас­пределению внутренних напряжений в конструкции. При потере цемкамнем и бетоном 1/3 СаО наступает разрушение конструкции.

Химический состав фильтрационного потока в основании плоти­ны СШГЭС формируется при воздействии гидрокарбонатно-кальциевой воды водохранилища, в которой концентрация ионов кальция из­меняется в пределах 14—26 мг/л, а ионов водорода 7,5—8,1. В 1981 г. водородный показатель pH изливающейся из дренажных скважин воды имел значения от 9 до 11, а концентрация ионов кальция со­ставляла 20—40 мг/л. В воде ряда скважин отмечалась более высокая концентрация — до 44—60 мг/л.

Выщелачивание кальция из цементационной завесы станционной плотины Саяно-Шушенской ГЭС в 1981 г.